新的图像以惊人的荧光细节揭示了行星的构成

简介：行星形成之谜一直困扰着人类科学家，一个天文学家队伍拍摄到15张几百光年之外一个炽热恒星盘内圈的红外图像，这能帮助我们理解地球这类岩质行星的形成之谜。

在浩瀚的宇宙中，气体和尘埃的粒子旋转形成一团圆盘状的云，它们在环绕主恒星运行时相互碰撞，最终，一颗行星就此诞生。

太阳系形成过程的艺术概念图（图片来源：NASA/FUSE/Lynette Cook）

多年来，科学家们一直在观察这种诞生过程，试图了解我们这样的星球最初是如何形成的。现在，新的图像以前所未有的细节揭示了行星形成的起源。

一个天文学家小组拍摄了15张行星形成盘的内缘图像，揭示了行星形成过程的新细节。研究结果发表在《天文学与天体物理学》上。

这15张图片揭示了行星形成过程的细节。（图片来源：JACQUES KLUSKA等）

新的图像展示了行星形成盘，其内部边缘看起来像漂浮在太空中的荧光熔岩灯。这些星盘与其主恒星的形成一致，其中的尘埃颗粒可以继续相互碰撞，直到它们形成一个更大的天体——一颗行星。

在获取到这些图像之前，天文学家曾瞥见过这些行星形成盘，但所见从未如此细致。这项新研究背后的科学家团队利用智利的欧洲南方天文台（ESO）观测了距离地球数百光年的原行星盘。他们将从甚大望远镜天文台（VLTO）的四台望远镜收集到的光与一种叫做红外干涉术的技术结合了起来。

ALMA对8个不同的原行星圆盘的观测，每张图像的尺寸是400 x 400au。（图片来源：Van Der Marel等）

在收集了最初的观测数据后，研究小组通过数学重建技术在图像中揭示了更多细节，类似于2019年拍摄第一张黑洞照片时使用的技术，他们在图像中消除了来自恒星光线的干扰。

利用ESO的VLTO拍摄的图像，图中虚线为供参考的地球轨道。（图片来源：JACQUES KLUSKA等）

“红外干涉法正成为揭示天体最细微细节的常规方法。”格雷诺布尔阿尔卑斯大学（UniversityéGrenoble Alpes）的天文学家、这项新研究的主要作者让-菲利普·伯格（Jean-Philippe Berger）在一份声明中说道，“将这一技术与高等数学相结合，最终使我们得以将这些观测结果转化为图像。”

这些星盘可以促成像地球这样的行星诞生。（图片来源：JACQUES KLUSKA等）

伯格说，这些细节相当于能够在月球上看到一个人，或者在10公里的距离上分辨出一根头发。

所有的细节都发挥了作用，这些图像为行星形成的过程提供了线索。

研究小组在图像中发现了两个原行星盘之间的一些不规则现象。“你可以看到一些或明或暗的点，如上图所示：这暗示了圆原行星盘中可能存在某种不稳定性，从而导致了漩涡，在漩涡中，圆盘积聚了太空中的尘埃颗粒，这些颗粒可以生长并演化为行星。”伯格说。

原行星盘的艺术概念图（图片来源：NASA JPL）

科学家认为，像我们地球这样的岩质行星形成于原行星盘的内部区域，距离它们所环绕的恒星不到五个天文单位。

研究人员希望能够实时观测到这一过程，未来的观测或将见证行星在离恒星较近的区域诞生。

摘要：

原行星盘中最内侧的一个au（注：天文单位A.U是天文学中计量天体之间距离的一种单位。以A.U.表示，其数值取地球和太阳之间的平均距离149597870700米）是恒星和行星形成的关键区域，因为，对系外行星的搜索显示，位于主星周围第一个au内有大量的近邻行星。

目的：

我们的目的是利用近红外多象素干涉仪（Near-infrared Multitelescope Interferometry）提供的毫角秒（Milli-arcsecond）级近红外干涉观测来揭示原行星盘内缘的形态。

方法：

我们提供了15个对象的模型独立重建图像，这些对象选自在PIONIER-VLTI上使用半参数法彩色对象图像重建（SPARCO）进行的Herbig-AeBe测量。我们提出了一套方法来重建和分析图像的一致性。

结果：

我们发现系统中有40%（6/15）在观测的角分辨率下是中心对称的；对于其余的被观测体，证据表明，有30%（5/15）由于盘状结构的中高程度倾斜而呈现非对称发散；以及可能由非轴对称结构或多变环境导致的非中心对称形态（4/15，∼27%）；在具有盘状结构的系统中，有20%（3/15）呈现了可分辨的无尘腔。最后，我们没有检测到超出内边缘的扩展发散。

结论：

图像重建过程是探索复杂盘内边缘形貌的有力工具，是几何模型拟合的补充。在近红外干涉观测所获得的角度分辨率下，大多数图像与中心峰值发射（无空腔）兼容。对于分辨率最高的目标，图像重建揭示了一般参数模型无法再现的形态（例如，不稳定的内缘或复杂的亮度分布）。此外，非轴对称圆盘显示，光学干涉仪探测到的空间分辨率使得近红外发射（在几个au内）的观测对时间演化非常敏感，时间尺度可以缩小到几个星期。非轴对称发射的证据不能用简单的倾斜和辐射转移效应来解释，这需要另一种解释，例如内圆盘的翘曲。因此，干涉测量可以用来跟踪这些圆盘在au或亚au尺度上的不对称性的演变。

作者: inverse