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宇宙中的麥田圈--揭秘原行星盤氣體環狀間隙

posted May 24, 2016, 1:12 AM by Lauren Huang   [ updated May 24, 2016, 2:12 AM ]

 

圖1: 2014年ALMA取回行星誕生現場的第一手照片,圖像不僅顯示金牛座HL星原行星盤高解析度圖像,更實現了建造ALMA的一大願景。圖中的暗隙究竟是不是真的有行星正在形成?如果是,那是怎樣的行星?我們能知道它的質量和其他特性嗎?中研院顏士韋團隊最新研究成果,對這些問題提供了更進一步的回答。圖片版權:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

中研院天文所研究團隊使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)取得原行星盤分子譜線最佳影像,首度揭露金牛座HL星原行星盤上的氣體環和環狀間隙,能更直接的推測行星質量,獲知該正在形成行星質量可能與木星一樣大。本研究成果提供了行星形成時間及行星形成標準模型重要參考。

ALMA曾於2014年年底對金牛座HL星進行長基線觀測,並於2015年三月向全球發表了解析力為0.030.07角秒的連續譜影像。毫米及次毫米波的連續譜追蹤的是原行星盤上塵埃的分佈,ALMA高解析力的影像顯示了金牛座HL星的原行星盤有著一圈圈的塵埃環和間隙,認為是行星正在形成的證據。然而,顏士韋博士表示:「原行星盤的主要成分是氣體,塵埃只貢獻了原行星盤中百分之一左右的質量。」要完整敘述原行星盤上發生什麼事,如果只看塵埃而不知氣體狀況如何,就如同見樹不見林,因此本次研究成果,能幫助正確解讀金牛座HL星原行星盤。

無論是要確切了解行星是否正在金牛座HL星周圍形成,或要推測行星的質量,都需要極高解析力的分子譜線影像,用來追蹤氣體的分佈。

ALMA長基線觀測資料公開後,中研院天文所研究團隊進一步處理及分析觀測數據,成功重建高解析力的HCO+影像。

重建出的影像解析力高達到0.07角秒,是目前原行星盤的分子譜線影像中最好的。

研究團隊發現金牛座HL星原行星盤的氣體分佈有兩圈間隙,且氣體和塵埃間隙的位置相吻合。如果之前發現的塵埃間隙是由行星形成所造成,理論預期在一樣的位置應該也會有氣體間隙,因此,中研院天文所研究團隊的發現更加支持了行星正在金牛座HL星周圍形成。

此外,透過量測氣體間隙的寬度和深度,可以計算推測行星的質量。

研究結果顯示,正在形成的行星其質量約和木星一樣大。如果觀測到的氣體間隙確實是由行星所造成,行星形成的時間就比預期的早很多,需要對標準模型進行修正或是建立新的行星形成理論。

圖2: 環繞在金牛座HL星周圍的氣體(HCO+ )和塵埃,分別以藍色、紅色表示。虛線顯示間隙,距離中間原恆星分別為30和70天文單位。圖片版權:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Yen et al.

圖3: 以插圖示意的金牛座HL星,環繞在這個新生恆星外的原行星盤是以紅色表示,更外圈是厚厚的包層,恆星並雙向噴發準直噴流。圖片版權:Yin-Chih Tsai/ ASIAA EPO

(作者:顏士韋/ASIAA EPO)

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