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天文學家用ALMA望遠鏡發現了一個古怪傾斜的行星盤,它由兩個雙星系統構成,在它被發現之前,這個結構只在理論中出現過。

圖解: 畫家筆下環繞HD 98800B的岩屑盤。HD 98800A在本圖遠處可見。

以兩對雙星系統構成的四星系統並非罕見,由氣體和塵埃凝結形成的原行星盤也多有發現,距離地球146光年的HD 98800恆星系統就擁有所有的這些特徵。但發表在《自然天文學》雜誌上的研究表明,該系統有一個非常古怪的特徵。

圖解:藝術家對HD98800的描繪,包括原行星盤和內雙星對。未顯示外部二進位制對。

HD 98800具有一對內部的雙星和一對外部的雙星。內部的雙星被稱作BaBb,兩顆星球非常接近,大約相距1AU(天文單位,地球到太陽的平均距離)。外部的雙星名為AaAb,兩顆星相距54AU之遠,比冥王星到太陽的距離(40AU)還要長很多。但它外部的雙星並不是讓科學家詫異的原因,瞧瞧內部的雙星,環繞它的塵埃盤十分有趣。

圖解:藝術家從原行星盤中的一個假想物體描繪的景象,上面顯示的是雙星對。

正常情況下,原行星盤與雙星宿主的軌道在同一平面上。但HD 98800並非如此——它的原行星盤與雙星系統的平面互相垂直,可以說,這是一個完全相反的結構,它不是由東向西旋轉,而是由北向南。打個比方說,內部的雙星就像旋轉木馬上的兩隻木馬,而原行星盤就像一個巨大的摩天輪,旋轉木馬在它的中央。

在HD 98800發現之前,這種系統只存在於理論中。

“幾乎所有年輕的恆星周圍都縈繞著由氣體和塵埃形成的盤,據我們所知,至少有三分之一的圍繞單星執行的塵埃盤最後形成了行星,”華威大學天文學家,也是這項研究的主要作者格蘭特肯尼迪(Grant Kennedy)在一份宣告中說,“這些行星中有一些最終與恆星的自轉方向不一致,所以我們一直在想,類似的情況是否可能發生在雙星周圍的行星上。這樣一個動力學上的巧合意味著,所謂的極座標失調應該是可能的,但到目前為止,我們還沒有證據表明這些行星所在的盤發生了錯位。

天文學家已經知道HD 98800好幾年了。此前,科學家們一直在追蹤其內部恆星的運動,以此了解它們之間的相互關係。現在,肯尼迪的團隊使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA),能夠直觀地檢查系統,並確定內部雙星對周圍原行星環的方向。

令人著迷的是,儘管出現了這種奇怪的結構,HD 98800仍然表現出與早期行星形成一致的特徵。

“我們認為,這意味著行星的形成至少可以從這些極環雙星盤開始。”肯尼迪這樣解釋說道,“如果剩下的行星的形成過程能夠發生,我們可能會發現一大批排列不齊的雙星,以及需要考慮一些的奇怪的季節性變化。”

雖然行星的形成可以開始,但在這樣一個看似混亂的系統中,行星的形成程式和穩定程度還尚不清楚。但是,如果這樣的行星或星子存在,站在這樣一個系統中從一個物體上看到的景象將是非常奇異的。站在其中一個星子上,你會看到原行星盤的弧線從地平線向外延伸,直接到達你的頭頂的上空,然後回到你身後的地平線。同時,如果你站在圓盤上的一個點上,可以看到兩顆恆星繞著原行星圓盤來回旋轉。

“這是一個十分令人興奮的結果,”加州理工學院的天文學家康斯坦丁·巴蒂金表示。“這種構型,正是人們所期望的引力和原行星盤內部耗散之間的相互作用所形成的。發現了第一個此類系統,表明我們建模工作基本上是正確的。毫無疑問,我們將來會發現更多這樣的系統。”

同樣沒有參與這項研究的普林斯頓大學天文學家丹尼爾·塔馬約,表示同意巴蒂金的說法,稱這是一篇“精彩絕倫的論文”,有著“明確而美妙的發現”。

塔馬約表示:“雙星系統的極地軌道是一個非常穩定的結構,這是軌道動力學中一個有趣的數學定理,但我們還不清楚大自然是否會在一開始就在那裡形成它們。以前有幾個非常接近的例子,但這是第一個完全吻合案例,這實力證明了作者的精心工作和新阿爾瑪天文臺的高超的技術能力。”

天文學家的下一個挑戰,是尋找類似的系統,以及它們在不同階段的發展過程。在這樣的星系中發現真正的行星,實在是令人雀躍不已。

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HD 98800,或稱為巨爵座TV是一個巨爵座內的四合星系統,距離地球約150光年。系統中的HD 98800 A和HD 98800 B各為聯星。2007年發現HD 98800 B周圍有岩屑盤環繞該系統的兩顆恆星,這代表可能有系外行星在距離這兩顆恆星1.5到2天文單位的距離環繞。

HD 98800包含四顆是長蛇座TW星協中由四顆金牛T星組成的恆星系統。這個系統中有兩對各自獨立的聯星次系統,稱為HD 98800 A和HD 98800B。雖然這四顆恆星都受到重力互相束縛,這兩對聯星距離仍達到50天文單位(稍遠於太陽和冥王星的距離)。目前對該系統中單一恆星了解不多,除了這四顆恆星是類太陽恆星。

這個系統中的岩屑盤紅外超量首先被紅外線天文衛星發現。稍後由凱克望遠鏡和史匹哲太空望遠鏡對該系統進行觀測。該岩屑盤內有兩個分離的帶狀區域。內環距離中心聯星的距離是質心座標上距離1.5到2天文單位;外環則距離中心聯星約5.9天文單位,而最外界線尚未確定。兩個環之間的空隙距離質心約3天文單位。內環較薄,而外環的內部物質較多。

史匹哲太空望遠鏡團隊的主持人埃莉斯·弗蘭使用該望遠鏡拍攝了岩屑盤影像,結論是盤內由岩石組成天體碰撞形成的塵埃最終應該會向內盤遷移,但因為該系統是一個雙重聯星系統,這些塵埃無法如預期充滿內環。

一般認為岩屑盤是行星形成中的一個階段。因為在盤中有空隙,而提高了行星存在的可能性。這個被發現的空隙可能是因為岩屑盤和已經開始形成的行星之間特殊的重力關係,並且已經將附近天體清除。但是這個空隙也可能是因為四顆恆星之間的共振而造成。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. gizmodo- George Dvorsky-阿佚

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