在星雾中发现的巨行星
天文学家探测到一颗巨大的系外行星——大小是木星的 3 到 10 倍——隐藏在围绕着一颗年轻恒星的气体和尘埃旋转盘中。 对这颗被称为 MP Mus 的恒星的早期观测表明，它孤零零的，没有任何行星在它的轨道上，周围环绕着一团毫无特征的气体和尘埃云。 然而，我们再次审视 MP Mus，结合使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 （ALMA） 和欧洲空间的结果Agency 的 Gaia 任务表明，这颗星星毕竟并不孤单。 由剑桥大学领导的国际天文学家团队在恒星的原行星盘中检测到了一颗巨大的气态巨行星：由气体、尘埃和冰组成的煎饼状云，行星形成过程开始于此。 这是盖亚第一次在原行星盘中探测到系外行星。 发表在《自然天文学》杂志上的结果表明，类似的方法可能在寻找其他恒星周围的年轻行星。 通过研究行星如何在年轻恒星周围的原行星盘中形成，研究人员可以更多地了解我们自己的太阳系是如何演化的。 通过称为核心吸积的过程，重力导致圆盘中的粒子相互粘附，最终形成更大的固体，如小行星或行星。 随着年轻行星的形成，它们开始在光盘上刻出缝隙，就像黑胶唱片上的凹槽一样。 然而，观察这些年轻的行星由于光盘中气体和灰尘的干扰，它极具挑战性。 迄今为止，只对原行星盘中的年轻行星进行了三次可靠的探测。 领导这项研究的剑桥天文研究所的 Álvaro Ribas 博士专门研究原行星盘。 “我们第一次观察到这颗恒星是在得知大多数圆盘都有环和间隙的时候，我希望在 MP Mus 周围找到可以暗示行星存在的特征或行星，“他说。 使用 ALMA，Ribas 在 2023 年观测了 MP Mus （PDS 66） 周围的原行星盘。 结果显示，一颗年轻的恒星似乎在宇宙中孤独无比。 它周围的圆盘没有显示出行星可能形成的任何间隙，并且完全平坦且没有特征。 “我们之前的观察显示了一个无聊的扁平椎间盘，”Ribas 说。 “但这对我们来说似乎很奇怪，因为这个圆盘的历史在 7 到 1000 万年之间。 在那个时代的光盘中，我们期望看到行星形成的一些证据。 现在，Ribas 和他来自德国、智利和法国的同事们给了 MP Mus 另一个机会。 他们再次使用 ALMA 在 3 毫米范围内观测了这颗恒星，比之前的观测波长更长，使他们能够更深入地探测圆盘。 新的观测结果发现，在靠近恒星的地方有一个空腔，在更远的地方有两个缺口，这在早期的观测中被掩盖了，这表明MP Mus可能并不孤单。 在与此同时，欧洲南方天文台（European Southern Observatory）的研究员米格尔·维奥克（Miguel Vioque）正在揭开另一块拼图。 使用来自 Gaia 的数据，他发现 MP Mus 正在“摇摆不定”。 “我的第一反应是我一定在计算中犯了错误，因为众所周知 MP Mus 有一个没有特征的光盘，”Vioque 说。 “当我看到阿尔瓦罗发表演讲时，我正在修改我的计算，介绍了在椎间盘中新发现的内腔的初步结果，这意味着我正在摇晃探测是真实的，而且很有可能是由正在形成的行星引起的。 研究人员结合 Gaia 和 ALMA 的观测结果以及一些计算机建模，表示这种摆动可能是由一颗气态巨行星引起的——质量不到木星的十倍——围绕这颗恒星运行，距离是地球到太阳距离的 1 到 3 倍。 “我们的建模工作表明，如果你把一颗巨大的行星放在新发现的空腔里，你也可以解释Gaia 信号，“Ribas 说。 “使用更长的 ALMA 波长使我们能够看到以前看不到的结构。” 这是第一次以这种方式间接发现嵌入原行星盘中的系外行星——将来自盖亚的精确恒星运动数据与对盘的深入观测相结合。 这也意味着其他光盘中可能存在更多隐藏的行星，等待被发现。 “我们认为这可能是难以检测的原因之一原行星盘中的年轻行星，因为在这种情况下，我们需要 ALMA 和 Gaia 数据一起，“Ribas 说。 “较长的 ALMA 波长非常有用，但要以这个波长进行观察需要在望远镜上花费更多时间。” Ribas 表示，即将进行的 ALMA 升级，以及未来的望远镜，例如下一代甚大阵列 （ngVLA），可用于更深入地研究更多圆盘并更好地了解年轻行星的隐藏种群，这反过来可能会有所帮助我们了解我们自己的星球是如何形成的。 该研究得到了欧盟地平线计划、欧洲研究委员会和英国科学技术设施委员会 （STFC） 的部分支持，STFC 是英国研究与创新 （UKRI） 的一部分。