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天文學家發現行星形成的初始階段
解開像地球這樣的行星是如何形成的謎團是理解生命起源的一個重要問題。人們認為﹐當星際塵埃和氣體聚集在原恆星周圍的原行星盤中時﹐行星就會形成﹐但目前尚不清楚行星形成的位置﹑時間和方式。
另一方面﹐當一顆行星在圓盤內形成時﹐它的引力會在圓盤上形成一個環狀圖案。事實上阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)的觀測已經在許多原行星盤中發現了這樣的環狀結構﹐這表明行星的存在。為了研究行星的形成過程﹐有必要仔細觀察那些確定還沒有行星存在的圓盤。
在天文物理期刊(the Astrophysical Journal)上發表的新研究指出﹐科學家利用ALMA研究位於金牛座內的一顆相對年輕的原恆星DG Taurus。他們以0.04角秒的極高空間分辨率觀測到盤狀塵埃發出的波長為1.3毫米的無線電波強度分佈﹐並闡明了盤狀塵埃的詳細結構。結果表明﹐DG Taurus周圍的圓盤是平整的﹐缺乏在較老的原恆星周圍圓盤上看到的環狀圖案。意謂著在DG Taurus的圓盤中沒有行星﹐這張照片可能捕捉到了行星形成前的樣子。
用ALMA觀測到的DG Taurus圓盤在0.87毫米﹑1.3毫米和3.1毫米波長的無線電波強度圖﹐以及塵埃在0.87毫米和3.1毫米波長散射的無線電波的偏振強度圖。
研究人員進一步在不同波長(0.87毫米﹑1.3毫米和3.1毫米)下觀察圓盤﹐並研究了無線電波和偏振強度。根據塵埃大小和密度的不同﹐不同波長的無線電波強度比率和被塵埃散射的無線電波的偏振強度也會改變。因此可以透過觀測結果與具有各種塵埃大小和密度分佈模式的模擬結果進行比較﹐來估計麈埃的大小和密度分佈。最佳擬合結果顯示﹐圓盤外圍(超過約40個天文單位﹔比太陽和海王星之間的距離遠一點)的塵埃比內部大﹐這表明行星的形成過程更加成熟。行星形成理論認為行星的形成始於圓盤的內部﹐但這項研究的結果與此論點互相矛盾﹐此研究認為行星的形成可能始於圓盤的外部。
這些觀測是透過ALMA極高的空間分辨率﹐以及對塵埃發射的無線電波(包括三種不同波長的偏振光)的觀測而實現的。這是第一次揭示沒有行星特徵的「平整圓盤」中塵埃的大小和密度﹐並提供了有關行星形成位置的新訊息﹐這是以前的理論研究或對具有行星形成特徵的圓盤的觀察所無法預測到的。
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