370光年外发现一对行星,在一颗年轻恒星吸积盘中成长

天文学家们已经直接拍摄到两颗系外行星的图像,它们在围绕一颗年轻恒星的行星形成盘内,在引力作用下形成了一个巨大的缺口。

370光年外发现一对行星,在一颗年轻恒星吸积盘中成长

天文学家们已经直接拍摄到两颗系外行星的图像,它们在围绕一颗年轻恒星的行星形成盘内,在引力作用下形成了一个巨大的缺口。虽然已经有超过12颗系外行星被直接成像,但这只是第二个被拍摄的多行星系统(第一个是围绕HR 8799恒星运行的四行星系统)。不过,与hr8799不同的是,这个系统中的行星仍在通过吸积盘中的物质而增长。马里兰州巴尔摩太空望远镜科学研究所的Julien Girard说:这是第一次明确地发现了一个两颗行星组成的系统,这个系统形成了一个圆盘状的缺口。

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主恒星PDS 70距地球约370光年,600万年前这颗年轻的恒星比太阳略小,也没有太阳那么大,而且还在不断地吸收气体。它被一个由气体和尘埃组成的圆盘所包围,这个圆盘上有一个巨大的缺口,从19亿英里(约3800亿公里)延伸到38亿英里(约3800亿公里)。PDS 70b是已知的最内层行星,位于离其恒星约20亿英里的盘隙内,与太阳系中天王星的轨道相似。研究小组估计它的质量是木星4到17倍,新发现的行星PDS 70c位于离恒星约33亿英里的盘状缝隙边缘附近,与海王星离太阳的距离相似。

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  • (博科园-图示)这幅艺术插图展示了围绕年轻恒星PDS 70运行的两颗巨大气态系外行星,这些行星仍在通过吸积周围圆盘上的物质而成长。图片:J. Olmsted (STScI)
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质量比行星b要小,质量是木星的1到10倍。这两颗行星的轨道接近2:1共振,这意味着内行星绕恒星一周的时间是外行星绕恒星一周时间的两倍。这两颗行星的发现意义重大,因为它提供了直接证据,证明形成行星的行星能够从原行星盘中扫除足够多的物质,从而形成一个可观察到的缝隙。阿尔玛、哈勃望远镜、大型地面光学望远镜等设备都带有自适应光学功能,所看到的圆盘上到处都是光环和缝隙。悬而未决的问题是,那里有行星吗?在这种情况下,答案是肯定的。

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研究小组使用欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)上的MUSE光谱仪从地面探测到了PDS 70c。新技术依赖于配备了四束激光,8米望远镜提供的高空间分辨率和仪器的中等光谱分辨率结合,该仪器可以“锁定”氢发出的光,氢是气体吸积的一种迹象。这种新观测模式是为了研究更高空间分辨率的星系和星团而开发。该论文的第一作者、莱顿天文台的塞巴斯蒂安·哈费特(Sebastiaan Haffert)说:但是这种新模式也使它适合于外行星成像,而这并不是仪器最初的科学驱动因素。

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PDS 70是第二个可以直接成像的多行星系统,通过自适应光学和数据处理的结合,天文学家们能够抵消中心恒星(由一颗白星标记)发出的光,从而发现两颗绕轨道运行的系外行星。PDS 70b(左下)质量是木星的4到17倍,而PDS 70c(右上)质量是木星的1到10倍。图片:ESO and S. Haffert (Leiden Observatory)

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当发现第二颗行星时,天文学家都非常惊讶。在未来,美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜可能能够使用类似的光谱技术来研究这个系统和其他行星托儿所。这将使科学家能够测量盘内气体的温度和密度,这将有助于我们了解气体巨行星的生长。该系统也可能是WFIRST任务的目标,该任务将携带一个高性能的日冕仪技术,可以屏蔽恒星的光,以显示周围盘状行星和伴星发出的微弱光,这些结果发表在6月3日出版的《自然天文学》上。

370光年外发现一对行星,在一颗年轻恒星吸积盘中成长

博科园|研究/来自:ESA /哈勃信息中心

参考期刊《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-019-0780-5

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