为什么巨行星的形成速度可能比我们想象的要快
包括亚利桑那大学月球和行星实验室（University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory）的研究人员在内的一个国际天文学家团队使用强大的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）公布了关于附近年轻恒星周围气体和尘埃盘的开创性发现。 这些发现发表在《天体物理学杂志》焦点期刊的 12 篇论文中，是 ALMA 大型计划的一部分，该计划称为 ALMA 前行星盘气体演化调查 （AGE-PRO）。AGE-PRO 观测了 30 个围绕 snot 恒星的行星形成盘，以测量不同年龄的气体盘质量。 研究表明，这些盘中的气体和尘埃成分以不同的速度演化。 之前的 ALMA 观测已经检查了盘中尘埃的演变; 据该项目的首席研究员 Ke Zhang 称，AGE-PRO 首次追踪了气体的演变，首次提供了在行星形成盘的整个生命周期中气体盘质量和大小的测量威斯康星大学麦迪逊分校。 “现在我们两者兼而有之，气体和尘埃，”亚利桑那大学行星科学教授、AGE-PRO 三名联合首席研究员之一 Ilaria Pascucci 说。 “观测气体要困难得多，因为它需要更多的观测时间，这就是为什么我们必须进行像这样的大型项目来获得具有统计意义的样本。” 一个原行星盘围绕其宿主恒星旋转了数百万年，因为它的气体和尘埃会进化和消散，为巨行星的形成设定时间尺度。 盘的初始质量和大小，以及它的角动量，对它可能形成的行星类型——气态巨行星、冰巨星或迷你海王星——以及行星的迁移路径有着深远的影响。 盘内气体的寿命决定了尘埃粒子生长到小行星大小的物体、行星形成以及行星从原来的位置迁移的时间尺度出生。 在调查最令人惊讶的发现之一中，该团队发现，随着磁盘的老化，它们的气体和灰尘以不同的速度消耗，并且随着磁盘的演变，气体与灰尘的质量比发生了变化：与尘埃不同，灰尘往往会在较长时间内留在磁盘内，气体的消散速度相对较快， 然后随着椎间盘老化而减慢速度。 换句话说，形成行星的盘在年轻时会吹掉更多的气体。 Zhang 说出最令人惊讶的发现是尽管大多数盘在几百万年后会消散，但幸存下来的盘子里的气体比预期的要多。 这表明像木星这样的气态行星比岩石行星形成的时间要短。 ALMA 独特的灵敏度使研究人员能够使用微弱的所谓分子线来研究这些盘中的冷气体，这些光谱的特征波长本质上充当“指纹”，识别不同种类的气体分子。 第一次大规模AGE-PRO 是同类化学调查，目标是三个恒星形成区域的 30 个行星形成盘，年龄从 100 万到 600 万年不等：蛇夫座（最年轻）、天狼疮（1-300 万年）和上天蝎座（最古老）。 使用 ALMA，AGE-PRO 获得了对盘中气体和尘埃团关键示踪剂的观察，这些示踪剂跨越了它们演化的关键阶段，从最早的形成到最终的扩散。 此 ALMA 数据将用作全面的旧频谱库不同演化阶段的大型椎间盘样本的线观察。 Dingshan 邓是LPL的研究生，也是其中一篇论文的主要作者，他为狼疮座（拉丁语为“狼”）的恒星形成区域提供了数据缩减 - 基本上，从无线电信号到圆盘光学图像所需的图像分析 - 。 “多亏了这些新的长期观测，我们现在不仅能够估计和追踪气体质量对于该区域最亮、研究得更好的盘，但也包括更小、更暗的盘，“他说。 “由于在许多以前从未见过的盘中发现了气体示踪剂，我们现在有一个经过充分研究的样本，涵盖了狼疮恒星形成区域的各种盘质量。” “我们花了数年时间才弄清楚正确的数据缩减方法和分析，以生成本文中用于气体团和合作的许多其他论文中使用的图像，”帕斯库奇补充道。 一氧化碳是原行星盘中使用最广泛的化学示踪剂，但要彻底测量盘中气体的质量，需要额外的分子示踪剂。 AGE-PRO 使用 N2H 或二氮基离子（一种用作星际云中氮气指示剂的离子）作为额外的气体示踪剂，以显著提高测量的准确性。 ALMA 的检测还设置为接收来自其他分子的光谱光特征，包括甲醛、甲基氰化物和几种含有氢同位素氘的分子物种。 “另一个让我们感到惊讶的发现是，不同质量的盘之间气体和尘埃之间的质量比往往比预期的更加一致，”邓说。 “换句话说，不同大小的圆盘将具有相似的气体与尘埃质量比，而文献表明较小的圆盘可能会更快地排出气体。” 本研究的资金由美国国家科学基金会、欧洲研究委员会、亚历山大·冯·洪堡基金会、FONDECYT（智利）等来源。 有关完整的资助信息，请参阅研究论文。