原行星盤如何形成新行星？天文學家揭開「塵埃瀑布」細節

分享 2019-10-19 · 網管 · 科學新知 · 點閱數：1351

2019 年 10 月 18 日

新生恆星與行星系統起源自充滿氣體塵埃的原行星盤，而最近，科學家利用 ALMA 揭開了行星形成時氣體流動的磅礡景象，看起來就像塵埃瀑布。

原行星盤（ Proplyd or Protoplanetary Disc ）是圍繞新形成年輕恆星的濃密氣體盤，而行星系統就起源自原行星盤形成恆星後的剩餘物質——這也是目前一個星系的形成與演化最被廣為接受之星雲假說模型。

最近美國卡內基科學研究所與密西根大學團隊，收集阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ ALMA ）數據，觀察年輕的恆星 HD 163296 系統中一氧化碳發出的特定波長光，揭開原行星盤更細節之處：原行星盤中的氣體運動比預期還要復雜，就像瀑布一樣從高處往低處流竄，而不僅僅是在平面中流動而已。

這是天文學家首次測得氣體往 3 個不同方向流動的速度：圍繞恆星旋轉、朝向或遠離恆星、以及垂直原行星盤向上或向下旋轉的氣體運動，構成一幅 3D 立體圖像，發現氣體以 3 個同心環的形式垂直原行星盤面向下流竄，與中心恆星的距離分別是 87AU 、 140AU 、 237AU 。

利用這些數據建立電腦模擬後，研究人員試著在上述 3 個距離點放入 3 個行星，果然發現隨著時間流逝，這幾個地方出現了團隊在 HD 163296 中觀察到的塵埃瀑布，這代表很可能就是新生行星引起這種壯觀的氣體流動行為。

▲ 模擬發現塵埃瀑布是由新生行星所引起。

看到這裡有一個待解決問題：想想太陽系中最遙遠的行星海王星，與太陽距離也才 30AU ，換句話說上述幾個新生行星與母恆星的距離相當遙遠，那麼這些行星形成之後是會留在附近的軌道運轉、還是形成之後再朝內部遷移，成為太陽系中土星、木星這種氣態巨行星的存在？

卡內基科學研究所天體物理學家 Jaehan Bae 表示，我們可以從它們如何獲得大氣層推斷出所有訊息，但這需要更多時間，目前研究集中在原行星盤中最豐富的氣體：一氧化碳，後續可以改檢測甲烷、甲醇等含量不高的氣體，以更理解原行星盤細節。

新論文發表在《自然》（ Nature ）期刊。