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在耀眼的光芒之下捕捉“萤火虫”

2019-6-14 00:54| 发布者: | 查看: 7| 评论: 0

摘要:   1.  当伽利略第一次用望远镜观测到木星的四颗卫星时,他意识到并不是所有东西都像人们在当时所认为的那样绕着地球转。这些卫星诞生于何处?人们推测,它们可能起源于围绕在新生木星旋转的气体和尘埃盘中。几个 ...

  1.

  当伽利略第一次用望远镜观测到木星的四颗卫星时,他意识到并不是所有东西都像人们在当时所认为的那样绕着地球转。这些卫星诞生于何处?人们推测,它们可能起源于围绕在新生木星旋转的气体和尘埃盘中。几个世纪以来,天文学家就这个问题进行了大量的深入研究,却一直没能找到可以证明这一推测的直接证据。


木星和它的四颗“伽利略卫星”的合成图。 图片来源:Flickr/Thomas Bresson

  直到最近,一颗名为PDS 70b的新生行星给我们带来了突破。莫纳什大学的天文学家Valentin Christiaens与他的同事们发现,PDS 70b 的周围会放出红外光,这是证明存在这种围绕着行星的气体和尘埃盘的首个证据。

  2.

  这颗新生的行星围绕着一颗名为PDS 70的恒星运行,这是一颗很年轻的恒星,只存在不到 1 千万年,与已存在了 46 亿年的太阳相比,它仿佛就是一个小婴儿。它的大小略比太阳小,距离地球也相对较近,只有 369 光年。

  天文学家之所以会选择 PDS 70 作为重点观测对象,不仅是因为它具有年轻且离我们较近的优势,还因为早在 2012 年就有观测显示,围绕在这颗恒星周围的气体和尘埃盘中,存在一片很大的空白区域

  起初,这片空白区域的边缘所处的位置相当于天王星在我们太阳系中的轨道位置,然后这个距离延伸到了大约之前 3 倍的大小。现在,这个缺口的面积几乎与我们的太阳系差不多大(如下图虚线圆圈所示),这很可能意味着有行星在围绕这颗恒星运行,因为只有行星才会将尘埃盘中的物质“切割”走。但是,这一观点缺乏直接证据的支持。


新生行星 PDS 70b(左下角的亮点)及环绕在它周围的物质盘的红外图像。实际的恒星在图像的中心(用星号标记的区域),但是它的强光被处理了。第二亮的点(右上方)被认为是另一颗正在形成的行星,其他研究人员正在对其进行研究。 图片来源:Valentin Christiaens 等/ESO

  从这次观测得获得的图像显示,这片“空白”并不完全是空的。里面显示了一些成弧状或螺旋状的尘埃物质,还有一个明亮的团状物(上图箭头所指之处)。去年 6 月,天文学家首次探测到了这个团状物体,它就在缺口的内边缘徘徊,天文学家认为它是一颗年轻的行星,而且非常巨大,质量大约是木星的 10 倍,这颗行星就是 PSD 70b。

  3.

  与之前的研究相比,Christiaens 等人在新的研究中使用了波长更长的红外光来对这颗行星进行了分析,结果发现,PDS 70b 所放出的红外光比一颗行星预期能释放的要多得多,因此说,这颗行星的大气层无法完全解释它的红外色。

  Christaens 认为,这种红外过剩表明这颗行星有一个环绕着它的尘埃物质盘,这个尘埃物质盘吸收了热量,然后以红外光的形式将热量再次放出。几十年前,类似的说法也曾被用来作为原行星盘存在的证据,原行星盘是指围绕在年轻恒星周围的尘埃气体盘,是行星诞生的地方。如果这种想法是对的,那就印证了之前人们猜测,即卫星的诞生之地,就是围绕在行星周围的物质盘。

  现在,天文学家将相同的技术用在更小的尺度范围内来研究卫星的诞生之地。但这绝非一件简单的事,要知道用望远镜去观测行星,就好比是要在盯着汽车的远光灯的情况下去捕捉在它附近的一只萤火虫。因此,天文学家必须能够模拟并减去恒星的强光,才能探测到行星发出的微弱的光。

  在新的图像处理中,Christiaens 通过发展新的算法,成功地移除了恒星发出的星光,从而得到了有些微弱的行星以及围绕在恒星周围的圆盘的结构。

  新的发现表明,之前我们有关于巨型行星形成的理论模型在大体上是对的。现在在 PDS 70b 周围的物质盘上,可能就有卫星正在形成。研究人员认为,如果其他的天文台也能证实这一观测,也将非常有助于验证这次的结果。

  4.

  这次的发现主要得益于位于智利阿塔卡马沙漠的甚大望远镜(VLT),这是地面上最大的望远镜之一,它实际上是由 4 台巨型望远镜组成的。除此之外,这项研究还需要用一台复杂的光谱仪(SINFONI)来获取在不同红外波长下的成像,另外非常重要的就是专为收集到的复杂数据集而开发的新的图像处理算法。

  研究人员希望他们新发展出的算法也可以用于提取来自其他行星的微弱信号。Christiaens 说,一想到利用世界上的这些最大的望远镜,能看到其他行星甚至卫星的形成过程,就会感到无比震撼,因为这会让他觉得,我们是多么的渺小和微不足道。

  编译:不二北斗

  参考链接:

  [1] https://www.quantamagazine.org/a-close-look-at-newborn-planets-reveals-hints-of-infant-moons-20190611/

  [2] https://theconversation.com/a-disc-of-dust-and-gas-found-around-a-newborn-planet-could-be-the-birthplace-of-moons-118260


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