系外行星的“幼年照片”揭示了系外衛星可能在幼年行星周圍形成

“我們第一次可以看到原行星周圍的、被明亮星光反射出來的塵埃環。”

一個被橙色和黃色發光塵埃環繞著的大型紅色球體。（圖片來源：羅伯特·利亞（使用可畫制作））

天文學家在遙遠的恒星系統中拍攝到了前所未有的幼小行星圖像。這些行星仍然被氣體和塵埃環包圍，衛星似乎正是從這些環中形成。

這兩顆被成像的幼小行星（或“原行星”）圍繞著距離我們370光年外的半人馬座中的PDS 70運行。PDS 70在恒星中只不過是一個蹣跚學步的幼兒，年齡只有約500萬年。如果這看起來很古老，想想看我們“中年的”太陽系已經差不多46億年歲了。

該研究的科學家們認為，數十億年前，太陽系的形態可能類似于PDS 70系統的迷你版。

在智利的拉斯坎帕納斯天文臺，亞利桑那大學的天文學家使用精密的、配有6.5米麥哲倫望遠鏡的麥哲倫自適應光學極限儀（MagAO-X）對這些太陽系外行星（或“系外行星”）進行了成像。

該團隊還首次觀察到了原行星亮度的變化，這表明它們正在經歷一個動蕩的生長過程。

“我們第一次可以看到原行星周圍的、被明亮星光反射出來的塵埃環。”團隊成員、亞利桑那大學的天文學博士生李佳林在報告中說道。

原行星極為罕見，其中這兩顆被命名為PDS 70b和PDS 70c的原行星是系外行星目錄中唯一被確認的原行星，該目錄里有超過5000個太陽系外的天體。

像這樣的稀有原行星及其周圍塵埃的更加清晰的圖像對理解行星是如何形成的、以及它們如何在太陽系外發展出衛星（或“系外衛星”）至關重要。

研究幼小行星的攝食習慣

雖然PDS 70b和PDS 70c的質量都已經是木星的幾倍，但它們500萬年的年齡表明，它們仍在通過從圍繞其母星的氣體和塵埃云（或“原行星盤”）中聚集物質來繼續生長。

團隊負責人、斯圖爾特天文臺的天文學教授萊爾德·克洛斯在報告中表示：“多顆大質量行星的作用在某種程度上就像掃帚或吸塵器，它們會將塵埃掃走，并清理我們在圍繞恒星的、這片龐大的氣體和塵埃盤中觀察到的大型間隙。”

PDS 70系統的藝術效果圖，其中有原行星，每顆行星周圍都有被星光照亮的塵埃環。行星本身（未按比例繪制）具有溫度約為14000華氏度的等離子體薄環，它們在H-α光的紅色發射線處發光。（圖片來源：艾米琳·克洛斯和萊爾德·克洛斯）

隨著主要由氫氣組成的物質“瀑布式”地落入原行星，這些幼小星球在以H-α波長的光發出光芒。這種光是氣體在撞擊原行星表面時被“沖擊加熱”所產生的。

“以這種特殊的光波長為目標使MagAO-X能夠有效地減少噪聲，并對原行星及其周圍特征（或成像偽影）加以區分。”克洛斯說道。

在三年的觀察中，該團隊發現PDS 70 b的亮度減弱到了其原來亮度的五分之一，而其兄弟原行星PDS 70 c的亮度則翻了一番。這向研究人員表明，落到這些原行星上的物質數量發生了變化。

“從本質上來說，當其中一顆行星突然開始節食，那另一顆則在盡情攝取氫氣。”克洛斯說道。

目前，該團隊還不確定是什么改變了這些幼年系外行星的飲食習慣。

ALMA望遠鏡觀測到的圍繞幼星PDS 70的原行星盤。（圖片來源：ALMA 望遠鏡（歐洲ESO/東亞NAOJ/北美NRAO）/貝尼斯蒂，等）

觀察這些原行星是MagAO-X的一項非凡成就，該系統是一種自適應光學系統。它可以糾正大氣中的湍流并消除星星的“閃爍”現象，這使得MagAO-X生成的圖像能與光學太空望遠鏡所拍攝的圖像相媲美。

“鏡子的形狀變化速度相當于每秒調整眼鏡處方2000次。因為我們的技術消除了大氣層的干擾，所以這就有點像只通過單擊計算機鼠標按鈕就可以將6.5米的望遠鏡放在外太空。”克洛斯解釋道。“這種分辨率水平以令人難以置信的細節揭示了這些行星的周圍特征。”

“為了讓你對這個分辨率有概念，請想象一下我站在鳳凰城、而你站在圖森，使用MagAO-X，你可以在125英里外看清我舉的是一枚25美分硬幣還是兩枚。”

克洛斯和他的同事們將使用MagAO-X在其他年輕恒星周圍尋找更多的原行星。

“雖然發現這些原行星正處于目前技術所能達到的邊緣，但隨著技術的進步，我們應該能在不久的將來發現更多這樣的系統，”他總結道。

該團隊的研究發表在《天文學雜志》上。

BY:Robert Lea

FY:李木

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