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ALMA拍攝原行星盤,最佳代表作出爐!

posted Apr 1, 2016, 6:09 AM by Lauren Huang   [ updated Apr 1, 2016, 6:19 AM ]
原文連結參考: ALMA 2016.3.31 Press Release: ALMA's Best Image of a Protoplanetary Disk

環繞在新生恆星周圍,由塵埃氣體組成的盤,就是行星形成的場所。ALMA日前新發布觀測影像成果,顯示在行星成形盤面上,天文學家看見了許多前所未見的細節。所觀測的行星盤環繞的是類太陽恆星,盤面上可辨識在距離恆星約1地球到太陽的距離處,有一縫隙。

所見的這個結構特徵,可能意味著,現場有個嬰兒版地球──或質量比地球大數倍的超級地球」──正在形成!

ALMA 取得影像顯示,環繞在長蛇座TW星周圍的盤面,有一個行星「正在成形」。右上圖局部放大顯示了離恆星最近的一處黑暗縫隙,恆星和黑暗縫隙兩者間距,差不多就是地球到太陽的距離,這表示一個像我們地球在嬰兒時期一樣的「行星寶寶」,正在從塵埃和氣體團塊中成形。盤面上離圓心較遠處,還有其他呈同心圓排列的明暗間隔,那代表其他幾個行星形成區域。Credit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) | Download image

此恆星名為長蛇座TW,因距鄰地球近、正處於新生恆星階段等原因,一直以來,是相當熱門的天文研究主題,它距離地球約僅175光年,壽命大約1000萬年、名符其實是新生恆星。加上從地球能看到的是它的正面,更是為天文學家提供相對罕見的機會,能看到沒變形的完整原生行星盤盤面。 

論文第一作者是哈佛史密松天文物理中心的Sean Andrews,他表示:「先前藉由可見光和電波望遠鏡的觀測,確認這顆恆星有盤,且盤面特性強烈顯示出行星已開始聚結。這張新ALMA圖像為我們呈現盤面上許多前所未見的細節,它顯示明亮的塵埃環和黑暗縫隙以一圈圈同心圓狀間錯排列,這些特徵表示,在相當於地球繞行太陽的軌道上,一個行星正在形成。」

另外有兩處明顯的暗隙,和中心恆星的距離各分別為30億公里和60億公里,相當於太陽系裡天王星和冥王星與太陽之間的距離。天王星和冥王星在形成初期,同樣也可能經歷過顆粒聚結的過程,最終形成行星。行星會將軌道上的塵埃和氣體清除乾淨,然後就像牧羊人帶領羊群前進一樣,行星會明確的導引剩餘物質到帶狀位置上。


這幅在一新生恆星周圍有盤面環繞的圖像,是ALMA 望遠鏡所拍攝的長蛇座TW星,堪稱目前ALMA所有原生行星盤圖像中之「最佳代表作」。圖像呈現出經典的環和缺口,預告了系統之中,行星正在形成。Credit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) | Download image

在瞄準長蛇座TW星的觀測中,天文學家將盤面上毫米大小的塵埃顆粒成像,藉由這方式,結果取得了相當於地球到太陽,即1.5億公里範圍的詳細資料。如此詳盡的觀測,必須要靠ALMA的高解析力及長基線組態才有辦法完成。當ALMA的天線間距拉長到最遠15公里時,望遠鏡能解析更多細節。論文第一作者認為,這張圖像是ALMA拍攝原行星盤的登峰造極之作,以最佳空間解析力取得,未來短期內要超越這個,並不容易。(參考注[1])

這是ALMA所拍攝到的長蛇座TW星之原行星盤的內側區域。此圖解析力達1AUAU是天文單位,即地球和太陽的距離)。新影像顯示在盤面1AU的地方出現一間隙,意思是,在和地球繞行太陽軌道相同距離上,長蛇座TW星之原行星盤內側區域有一個行星,正在形成。Credit. S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) | Download image

論文共同作者David Wilner說,長蛇座TW星相當特別,它不只是我們已知的離地球最近的一個原行星盤,而且可能非常像我們太陽系初期只有1千萬歲的時候。

稍早ALMA曾觀測取得金牛座HL系統1百萬歲時的圖像,是更年輕的原行星盤圖像,那次觀測同樣顯示出與本次所見類似之行星形成跡象。研究年紀略大的長蛇座TW星,目的是希望能更了解我們地球本身的演化過程,也增進對銀河系類似系統的廣泛了解。

下一步,天文學家還準備探討,在環繞其它新生恆星的原行星盤上面,是否同樣也普遍出現這次看到的特徵,以及,這些特徵是否會隨時間與環境不同而改變。


注[1] :ALMA在金牛座HL星觀測取得影像和本次新觀測所得影像,角解析力類似,但因長蛇座TW距離地球非常近,所以看清楚的細節更多。

補充資料

發表在天文物理期刊快訊(ApJL)的論文題目是:"Ringed Substructure and a Gap at 1 AU in the Nearest Protoplanetary Disk", 作者:S.M. Andrews et al.

研究團隊:Sean M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA) , Zhaohuan Zhu (Princeton University, Princeton, New Jersey, USA), Tilman Birnstiel (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), John M. Carpenter (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), Laura M. Pérez (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germany), Xue-Ning Bai (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), A. Meredith Hughes (Wesleyan University, Van Vleck Observatory, Middletown, USA), Andrea Isella (Rice University, Houston, Texas, USA) and Luca Ricci (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA).

論文連結

(周美吟博士審挍,Lauren譯)

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