主流的行星形成理论可能是错的?新发现的系外行星成了重要证据
在过去的几十年里,天文学家已经探测到了数千颗系外行星,但我们并没有真正看到它们的样子,我们只是间接推断出它们的存在。因此,每当一个新的系外行星被发现,并伴随着一些令人惊讶的直接图片时,它是非常有科学价值的。
2022年,一组天文学家团队发表了一项特别的发现:他们直接拍摄了迄今为止发现的最年轻的系外行星。事实上,它还处于形成阶段,也正是如此,它可以教给我们关于太阳系中行星是如何形成的信息。
该团队观察了530光年外的一颗名为AB Aurigae的恒星,它的大小与太阳相似,但与45亿岁的太阳相比,它实际上是一个只有200万岁的婴儿。在这之前的科学研究中,我们已经看到过围绕年轻恒星旋转的气体盘的图像,我们认为像这样的盘会产生新的行星。因此,研究团队希望在这颗新恒星附近找到一颗年轻的系外行星。
这个搜索过程使用了两台望远镜:位于太空的哈勃望远镜和位于夏威夷的斯巴鲁望远镜。在斯巴鲁望远镜上,他们还使用了一种工具,称为可见光孔径掩蔽偏振成像仪,用于解析系外行星结构。然后团队对他们收集到的数据进行了一系列分析,以确保他们的信号不受噪音、背景源或其他东西的干扰。最后的结果是,圆盘上有一个清晰的亮点,显示一颗新的行星正在形成,这大约需要500年的时间。
它可能是迄今为止发现的最年轻的气态巨行星,质量是木星的9倍,直径是木星的3倍。它的表面温度达到了2000摄氏度,离母星的距离非常远。具体来说,它的轨道半径超过了90个天文单位,而在我们太阳系中,最远的行星海王星大约才30个天文单位。
这么大的行星存在于离年轻的恒星如此远的地方,实际上对我们理解行星的形成提出了严重的问题。天文学界一直存在关于像木星这样的气态巨行星是如何形成的争论。一种更受欢迎的想法称为 核心吸积 ,行星从圆盘中的其余部分收集物质,直到形成一个气态巨行星。但该理论存在一些问题,研究人员认为,这些气体和物质盘通常不会持续足够长的时间,以至于像木星这样大小的行星无法从中生长出来。事实上,这次的新发现也给该理论带来了严重的漏洞,很难想象比木星还大、距离母星还远的行星仅靠吸积就能在这么短时间变得这么大。
事实上,这一发现可能是另一种行星形成理论的良好证据:引力不稳定性模型。在该理论中,如果围绕恒星的气体盘变得足够大,那么引力不稳定性会使其破裂成团块。这些团块本身可以是木星大小,因此它们可以继续形成更大的气态巨行星的核心。引力不稳定模型的优势在于,由于内核开始时很大,它们可以在更短时间内更快地吸积物质。
事实上,该团队将获取到的系外行星数据,插入到引力不稳定性模型的计算机模拟中,发现它与该理论的预测十分吻合。
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