科学家在近邻原行星盘的类地行星形成区域拍摄到盘风

2023-06-26 21:28:28 来源：紫金山天文台

(资料图)

由中国科学院紫金山天文台和北京大学科维理天文与天体物理研究所带领的国际团队，报告了迄今为止最高空间分辨率的原行星盘的盘风发射图像（分辨能力达到3.7 AU），可对类地行星形成的区域的物理现象进行分析研究。该团队使用当前最先进的数值模拟并与观测结果比对。观测结果改变了科学家对原行星盘演化过程的认知。6月19日，相关研究成果在线发表《自然-天文学》上。

太阳系内的行星以及目前已探测到的数以万计的系外行星均形成于原行星盘中。随着观测设备的发展和计算能力的提升，关于原行星盘物理和行星形成的认知有了重大革新。而测量原行星盘“类地行星”的形成区域依旧颇具挑战性。这些区域离中心恒星较近、空间尺度较小，因而观测上极难分辨。

目前，一般认为三种机制决定原行星盘演化，即行星形成、吸积活动、盘风。盘风大致可分为两种——离恒星较近部分由磁流体动力学（MHD）机制驱动，而距恒星较远部分或可由光致蒸发（photoevaporation）驱动。在观测上，这两种机制可由中性氧原子的发射线进行测量、表征和区分。

研究团队借助MUSE仪器（依托于甚大望远镜，由欧洲南方天文台运营），对离我们最近的原行星盘TW Hya的中性氧发射线进行了高空间分辨率观测研究。研究表明，该发射线在空间上集中于盘中心附近、形成类地行星的较小区域内（如图）。这意味着发出该谱线的中性氧原子几乎全部由靠近中央恒星的磁流体力学盘风携带。尽管结果中可能有光致蒸发盘风的迹象，但其发射太弱，远低于现有光致蒸发盘风模型的预期。

该团队进一步尝试使用先进数值模拟手段（包含非理想磁流体力学、辐照、非平衡态化学热力学等过程）对观测结果进行比对解释。基于磁流体力学驱动盘风数值模拟结果，该研究进行了自洽的中性氧发射线模拟。在无修正和调整的情况下，该模拟结果完全解释了观测结果（包括谱线的空间分布、谱线轮廓和强度）。TW Hya的氖发射线一直被认为是支持其存在光致蒸发盘风的最强的证据，而该数值模拟也解释了氖发射线。

本研究为原行星盘演化物理机制的进一步研究铺平了道路，并将基于其他先进设备特别是中国空间站工程巡天望远镜（CSST）以进行更好的观测。CSST计划配备的积分视场光谱仪（IFS）可用于本工作的拓展研究，而该仪器具有的极高空间分辨率将使其成为检验原行星盘演化机制的利器。

研究工作得到CSST第一批课题“恒星形成与大质量恒星演化”等的支持。北京大学和法国里昂第一大学的科研人员参与研究。

论文链接

左图显示了从VLT/MUSE观测的TW Hya中提取的氧发射线分布图，物理分辨率约为3.7个日地距离。右图显示了氧发射的径向分布，经过MUSE的点扩散函数卷积后，与磁风的预期一致，在盘半径较大的区域远远弱于光蒸发风的预期。

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