一颗仍在形成过程中的气态巨型系外行星的发现可能会颠覆我们对行星形成的理解。
这颗假定的原行星被命名为AB Aurigae b,它似乎是在距离其恒星AB Aurigae很远的地方形成的,并以一种相当不寻常的方式聚集在一起。
有证据表明,行星是通过气体云自上而下的引力塌缩形成的,而不是更普遍接受的自下而上的模型,即行星是通过尘埃和岩石的逐渐积累而形成的。
这支持了行星形成有多种途径的观点,表明银河系中行星系统具有丰富而奇妙的多样性。
近年来,AB Aurigae 得到了深入研究。它是一颗非常年轻的恒星,仍在形成中,年龄不超过 500 万岁(太阳的年龄为 46 亿岁)。
这颗恒星仍然被厚厚的、湍流的气体和尘埃盘包围着。当原恒星生长时,这些气体和尘埃就会促进其生长。由于这颗恒星相对较近(仅 508 光年),因此它是研究行星系统形成的绝佳实验室。
该圆盘的剩余部分将继续形成构成行星系统的其他元素——行星,以及小行星、矮行星、彗星和其他岩石等较小的物体。根据我们目前对行星形成的理解,这些较小的物体可以开始在所谓的核心吸积模型中形成行星。
在这个模型中,尘埃和气体组成的原行星盘中的岩石碎片首先通过静电力,然后通过重力粘在一起,形成越来越大的物体,从下到上构建一个行星。由此产生的系外行星有一个坚固的核心,其形成相对凉爽和昏暗。
行星形成的另一种模型被称为盘不稳定模型。对于以这种方式形成的行星,冷却的原行星盘会导致引力不稳定并分裂。然后,圆盘的一部分在重力作用下直接塌陷成气态巨行星。在这个模型中,系外行星没有实心核心,并且形成时更热、更亮。
AB Aurigae 是一颗质量约为太阳 2.4 倍的原恒星,其圆盘中发生的事情一直很难弄清楚。
首先,天文学家认为他们看到了系外行星形成与海王星的距离相似。这种解释后来受到其他天文学家的质疑,他们说这个物体可能是第二颗星。
在日本国家天文台斯巴鲁望远镜天体物理学家塞恩·柯里领导的一项新研究中,一组科学家利用斯巴鲁望远镜和哈勃太空望远镜对这颗恒星进行了更详细的观测。
观测结果揭示了圆盘中的一个团块和其他特征,这些特征与系外行星的形成一致,该行星的距离不是海王星与太阳的距离,而是远三倍多,大约在 93 度处。天文单位来自AB Aurigae。
“如果我们有一颗质量为或更多在存在这些灰尘结构的情况下,”天文学家凯文·瓦格纳说来自亚利桑那大学斯图尔德天文台。
“一颗巨大的行星应该会扰乱它们,就像我们在这里看到的那样。”
在这个距离上,圆盘中存在的岩石数量不足以形成一颗行星,更不用说AB Aurigae b的质量了。研究小组的计算表明,这颗系外行星的质量约为木星的九倍。研究人员表示,相反,最可能的形成途径是盘不稳定模型。
“大自然是聪明的;它可以通过一系列不同的方式产生行星,”库里 说。
研究小组还在距离AB Aurigae 430和580天文单位的圆盘中发现了一些特征,表明系外行星也可能在这些位置形成。
这些发现为行星形成过程提供了一些新的线索,甚至可以帮助我们更好地了解我们自己的太阳系。有证据表明木星的形成大约是四倍远比它当前的轨道。
因此,未来使用更强大的仪器对新生的 AB Aurigae 系统进行研究可能使我们能够探索银河系小角落的演化。
“这一新发现有力地证明了一些气态巨行星可以通过盘不稳定机制形成,”天体物理学家艾伦·博斯说卡内基科学研究所的博士,他没有参与这项研究,但是1997年首次提出磁盘不稳定。
“最终,重力才是最重要的,因为恒星形成过程的剩余物最终将被重力拉在一起形成行星,无论哪种方式。”
该研究发表于自然天文学。