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哈勃望远镜追踪行星形成盘周围的阴影

年轻的九头蛇TW正在与科学家们玩“皮影戏”,用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜对其进行观测。

2017年,天文学家报告称,他们发现一个阴影席卷了红矮星周围一个巨大的煎饼状气体和尘埃盘的表面。阴影不是来自行星,而是来自一个相对于大得多的外盘稍微倾斜的内盘,导致它投射出阴影。一种解释是,一颗看不见的行星的引力正在将尘埃和气体拉入行星的倾斜轨道。

现在,在哈勃MAST档案中存储的观测结果之间的短短几年内,第二个影子——玩躲猫猫游戏——出现了。这可能来自系统内的另一个磁盘。这两个圆盘很可能是一对正在建造中的行星的证据。

这位艺术家的概念是基于哈勃太空望远镜拍摄的年轻恒星九头蛇TW周围气体和尘埃盘的图像。哈勃太空望远镜的照片显示,阴影掠过环绕系统的圆盘。解释是,这些阴影来自稍微倾斜的内盘,这些内盘阻挡了星光到达外盘,因此正在投射阴影。由于看不见的行星的引力扭曲了圆盘结构,圆盘彼此略微倾斜。

九头蛇TW的年龄不到1000万年,居住在大约200光年外。在其幼年时期,我们的太阳系可能与大约46亿年前的九头蛇TW系统相似。由于TW九头蛇系统几乎面朝我们从地球上看到的景象倾斜,因此它是获得行星建筑场鸟瞰图的最佳目标。

第二个阴影是在2021年6月6日获得的观测中发现的,这是一个多年计划的一部分,该计划旨在跟踪星周盘中的阴影。马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所欧洲航天局AURA/STScI的John Debes将TW九头蛇盘与几年前哈勃的观测结果进行了比较。

“我们发现阴影做了完全不同的事情,”首席研究员、发表在《天体物理杂志》上的这项研究的主要作者Debes说。“当我第一次看数据时,我认为观察结果出了问题,因为这不是我所期望的。一开始我很困惑,我所有的合作者都想:发生了什么?我们真的不得不挠头,花了一段时间才真正找到解释。”

该团队提出的最佳解决方案是,有两个错位的磁盘投射阴影。在之前的观测中,它们距离太近了,以至于错过了。随着时间的推移,它们现在已经分离并分裂成两个阴影。“我们以前从未在原行星盘上真正看到过这种情况。它使系统比我们最初想象的要复杂得多,”他说。

最简单的解释是,错位的圆盘很可能是由两颗行星在稍微不同的轨道平面上的引力引起的。哈勃望远镜正在拼凑一个系统架构的整体视图。

哈勃太空望远镜相隔几年拍摄的对比图像揭示了两个诡异的阴影,它们逆时针方向穿过围绕年轻恒星九头蛇TW的气体和尘埃盘。这些圆盘面朝地球倾斜,因此天文学家可以鸟瞰恒星周围发生的事情。左图拍摄于2016年,只显示了11点位置的一个阴影[A]。这个阴影是由一个稍微倾斜于外盘的内盘投射的,因此阻挡了星光。左图显示了2021年拍摄的另一个嵌套圆盘[C]在7点位置出现的第二个阴影。在后面的视图中,原始内部磁盘被标记为[B]。阴影以不同的速度围绕恒星旋转,就像时钟上的指针一样。它们是两颗看不见的行星将尘埃拉入轨道的证据。这使得它们彼此略微倾斜。这是一张用太空望远镜成像光谱仪拍摄的可见光照片。添加了人造色,以增强细节。

这些圆盘可能是行星在围绕恒星旋转时相互重叠的代理。这有点像以略微不同的速度旋转两张黑胶唱片。有时标签会匹配,但其中一个会领先于另一个。

“这确实表明,这两颗行星必须非常靠近。如果其中一颗行星的移动速度比另一颗快得多,这在早期的观测中就会被注意到。这就像两辆赛车彼此靠近,但其中一辆慢慢超越并超越另一辆,”Debes说。

这些被怀疑的行星位于距离太阳大约木星距离的区域。而且,阴影大约每15年绕恒星旋转一次,这是在距离恒星一定距离时预计的轨道周期。

此外,这两个内圆盘相对于外圆盘的平面倾斜大约五到七度。这与我们太阳系内的轨道倾角范围相当。“这正符合典型的太阳系风格的建筑,”Debes说。

阴影落在的外盘可能延伸到太阳系柯伊伯带半径的几倍。这个较大的圆盘有一个奇怪的缺口,距离太阳的平均距离是冥王星的两倍。这可能是系统中第三颗行星的证据。

任何内行星都很难被探测到,因为它们的光线会在恒星的眩光中消失。此外,系统中的灰尘会使其反射光变暗。如果木星质量的行星牵引着这颗恒星,欧空局的盖亚太空天文台可能能够测量到它的摆动,但考虑到轨道周期长,这将需要数年时间。

九头蛇TW的数据来自哈勃太空望远镜成像光谱仪。詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外视觉也可能能够更详细地显示阴影。

哈勃太空望远镜是美国国家航空航天局和欧空局之间的国际合作项目。美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理这架望远镜。巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃望远镜的科学操作。STScI由华盛顿特区特区大学天文研究协会为NASA运营。


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