行星苗圃探秘：吸積盤內現壯觀瀑布

 2019 年 10 月 26 日

吸積盤內的氣體如瀑布般流動的特徵顯示新行星正在那裡形成。（ NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello ）

科學家認為吸積盤（也叫行星盤）——環繞在恆星周圍的氣體和塵埃混合物，是孕育行星的苗圃。最近天文學家通過阿塔卡瑪大毫米波陣列（ ALMA ）望遠鏡數據構建出一個行星盤的三維圖，首次發現氣體從行星盤平面的上層向中部傾瀉的運動模式。

行星盤通常由 99%的氣體和 1%的塵埃組成，並且很厚。多數行星盤的厚度可達其半徑的 30%。從 ALMA 的觀測來看，盤內一氧化碳發出的毫米波長光線很獨特，可以說是最亮的氣體。

去年，兩個天文研究組展示了利用一氧化碳探索新生行星的方法。他們測量一氧化碳氣體在恆星 HD 163296 周圍吸積盤內旋轉的速度。從局部氣體特殊的運動情況，推斷出那裡有三顆新生的行星。

氣體在三個方向上的運動細節

在今年的新研究中，科學家使用具有更高分辨率的 ALMA 數據繪出了壯觀的吸積盤，並能看到塵埃中三處明顯的縫隙和環形結構，研究者認為這是行星誕生後在吸積盤留下的印記——與去年的研究結果相符。

更重要的是，這份研究測量到氣體在三個方向上運動的細節。

「從這個項目使用的高保真數據來看，我們測量的不止是一個方向、而是三個方向的速度。我們首次測到了：氣體圍繞恆星旋轉的速度、靠近或遠離恆星的速度、相對吸積盤平面向上或向下運動的速度。」這份研究的主要作者密歇根大學（ University of Michigan ）的蒂格（ Richard Teague ）說。

吸積盤內氣體如瀑布般傾瀉

蒂格和同事發現，在 HD 163296 吸積盤內，氣體都有著獨特的運動模式——位於吸積盤平面較上層的氣體向吸積盤平面的中心位置運動。「我們推測比較可能的情況是，行星誕生後繞著恆星轉，把周圍的塵埃推開了，形成一個空隙，」蒂格說，「空隙上方的氣體向下坍塌，形成瀑布一樣的效果，並在盤內形成一股氣體對流。」

研究人員計算出這三顆新星中，離恆星最近的一顆的質量為木星的一半；中間的一顆和木星差不多；離恆星最遠的一顆質量為木星的兩倍。

研究者稱，這是目前為止 HD 163296 系統內新誕生三顆行星的最佳證據，但不能 100%斷定氣體流是由行星引起的，恆星的磁場也可能引發氣體流。

吸積盤氣流影響新星大氣

科學家最早在上個世紀 90 年代提出吸積盤內氣體存在傾瀉運動，直到這份研究才首次拿出證據。研究者認為，吸積盤內氣流運動對了解大顆行星的大氣層的誕生過程很重要。

「行星在吸積盤平面的中心地帶，也叫中平面（ midplane ）誕生。這個區域溫度很低，以抵禦恆星的輻射，」蒂格解釋說，「我們猜想行星誕生後形成的空隙，把位於吸積盤上部區域、溫度高一些的氣體帶進來，上部區域氣體的化學活性更高，而正是這些氣體形成了行星的大氣層。」

合作研究者密歇根大學的貝爾金（ Ted Bergin ）說：「通過這些氣流的特徵我們可以了解像木星這類行星的誕生過程，並了解誕生初期其大氣的組成。由於行星誕生後其所在地可能發生變化，通過這一點還可能追溯到這些行星的誕生地。」

這份研究近期發表在《自然》（ Nature ）雜誌上。

原文網址：http://www.epochtimes.com/b5/19/10/26/n11613359.htm