Question

天文学家在遥远的恒星系统中发现与太阳系类似的特征

Answer 1

柯伊伯带的艺术想象图

天文学家在遥远的恒星系统中发现与太阳系类似的特征

我们的太阳系有多典型？这个问题长期困扰着行星科学家，但是在其它行星系统中探测到与太阳系类似的特征相当困难。而天文学家刚刚做出了这样的发现——围绕一颗距我们320光年的恒星，存在着类似柯伊伯带的特征。

他们说，这是第一次通过偏振探测发现围绕一颗恒星的内环，这颗恒星我们称为HD 141569A。而这个发现正在揭示行星演化过程一个关键时期的新细节。

HD 141569A实际上是一个相当有趣而且被充分研究过的天体。它处于一个三星系统中，它的两颗伴星皆为红矮星。但HD 141569A仅有500万年的寿命，质量是太阳的3倍左右，具有蓝色的光谱类型，高温且明亮耀眼。

1999年，在这颗年轻的恒星周围发现了一个星盘，两个星环各自在220和360个天文单位处达到峰值。这些是恒星在形成过程中，围绕恒星旋转，未被吸入恒星而残余下来的物质；在长时间里，这些物质开始积聚在一起，吸积而形成行星。

在HD 141569A的星盘中，两个星环之间的缝隙暗示，一颗行星正在形成，它的引力吸引了自己轨道上的所有物质。

HD 141569星环之间的缝隙

图源：ESA/Hubble

在我们的太阳系中，我们同样有太阳形成时的吸积盘残余下来的物质。我们把它们称为柯伊伯带，它是一个由冰质残片构成的星盘，位于海王星轨道的外侧。平均在39.5个天文单位处的冥王星，恰恰位于柯伊伯带之内。

太阳系的柯伊伯带概念图

图源：NASA

在行星吸积过程将近结束之时，留下来的被称为残骸星盘，而它延展开来可以横跨数百个天文单位。围绕HD 141569A的星盘是混合型的——它是在原行星盘转变成残骸星盘之间的状态。

阿塔卡玛大型毫米波阵列(ALMA)拍下的围绕年轻的恒星HL Tauri的原行星盘

图源：ALMA/Wikipedia, CC BY 4.0

混合星盘对行星科学家来说非常迷人，因为它们可以告诉我们气态巨行星是如何形成的，以及成长中的星子（或称微行星）是如何与星盘中的气体以及尘埃互动的。

现在，通过研究恒星周围区域散射和扭曲的电磁辐射，由加拿大西安大略大学的胡安·塞巴斯蒂安·布鲁索内(Juan Sebastian Bruzzone)领导的天文学家们已经绘制出一个围绕HD 141569A 的类似星环，在距恒星44个天文单位处达到峰值。

图源：Bruzzone et al., arXiv, 2019

他们不仅发现了行星形成的证据，还找到了线索，暗示星盘中存在另一个更加靠近恒星的星环结构。

具体来说，他们发现了一个旋臂——一种在其它一些原行星盘中发现过的特征，这些原行星盘中也包括HD 141569A两个外星环，这一特征被认为是存在一颗正在形成的行星的证据。根据旋臂的特征，研究者们推测该行星会与木星的质量相似，或者略小一些。

他们同时拿他们观察到的辐射与模型做了比较，以寻找可能形成这种辐射的最切合的尘埃类型。但是，即使是最相符的模型也有无法解释的辐射存在。

然而，当另一个距离恒星更近的星环被纳入计算之后，问题被解决了。一个处于5-15个天文单位的星带非常漂亮地重现了辐射。

天文学家能够做出这样的发现实在太惊人了，与此同时，这正是能够告诉我们行星如何诞生的详尽研究。

反过来，这能告诉我们更多关于太阳系的事——知道它到底有多一般（还是特殊）能够帮助我们弄清我们是如何走到今天的。

“考虑到从其它高对比度设施得来的分辨成像数据，HD 141569A的残骸星盘是由至少3个，有可能是4个嵌套的星环形成的，在三个空间分辨的星环上有螺旋结构，”研究者在他们的论文中写道。

“正因为如此，这是研究动态受扰动星盘的绝佳环境。”

该研究已经被《天文学期刊》(The Astronomical Journal) 接受，已在arXiv刊载。

海王星轨道外柯伊伯带已知的星体 [坐标单位为天文单位(AU); 2015年1月]

太阳 木星-特洛伊小行星群 巨行星: J S U N 半人马小行星

海王星特洛伊 共振柯伊伯带 经典柯伊伯带 离散盘

距离按比例缩小，但大小并未按比例标记

图源：WilyD/wikipedia, CC BY-SA 3.0,

相关知识

柯伊伯带，偶尔被称为艾吉沃斯-柯伊伯带，是外太阳系环绕恒星的一个圆盘状区域，从海王星轨道（位于30个天文单位处）到距太阳大约50个天文单位处。它与小行星带相似，但大得多——20倍宽，质量则为小行星带的20到200倍。正如小行星带，它主要由太阳系形成时所残留下来的小星体或物质构成。许多小行星主要是由岩石和金属构成的，而柯伊伯带的物质则主要由冰冻的挥发性物质（被称为“冰”），诸如甲烷、氨和水构成。柯伊伯带是三个官方认定的矮行星所在的区域：冥王星、妊神星和鸟神星。一些太阳系的卫星，诸如海王星的海卫一，和土星的土卫九，可能诞生于这片区域。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. sciencealert- sciencealert-叶萤

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