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年轻的行星包含与孕育它的圆盘不同的物质混合物

了解使用一些新的成像技术进行的观测如何改变我们对行星形成的看法。

作者Paul Smaglik
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PDS 70 的新生盘和新行星 PDS 70b(右侧的亮点)。通过研究这个系统,研究人员发现行星大气中的气体成分与圆盘中的气体成分不匹配。来源:ESO/A. Müller et al.

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当我们说某物是“子不语,即父之风”时,通常意味着新事物具有其起源物的基本特征。对于小石块来说,这意味着小石块的矿物成分与它破碎的大岩石的成分相匹配。对于人来说,这意味着性格特征、DNA、与父母的相似性。

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但对于年轻的行星来说,似乎并非如此。天体物理学家使用一种相对较新、高度灵敏的成像技术,对形成行星的尘埃和气体圆盘以及行星本身进行了检查,发现两种关键化学成分的比例显著不同。一个天体物理学家团队在《天体物理学杂志快报》上报告了这一意外发现。

“圆盘中的碳含量远高于氧含量,而行星中的碳含量则不然,”西北大学天体物理学家、《论文》作者之一的 Jason Wang 说。“这就是我们发现的基本不匹配之处。”

了解行星是如何形成的

这种不匹配对理解行星形成具有深远的影响,而 Wang 承认行星形成相对原始。一个原因是,目睹行星诞生的机会相对稀少。另一个原因是,直到最近,科学家们在分离来自圆盘、新行星以及附近物体(包括产生尘埃圆盘并最终形成原行星的恒星残骸)的光谱中出现的化学成分方面一直很困难。

这是首次使用 Wang 和他的同事之前开发的,用于分离圆盘和行星光线的技术,来比较正在孕育的恒星、新生盘和原行星的碳和氧成分。他们基本上过滤掉了来自正在孕育的恒星的更明亮的光线。

Wang 说:“由于恒星太亮了,所以很难区分。”

西北大学研究员 Chih-Chun (“Dino”) Hsu,他负责了这项研究的数据收集部分,他对所看到的结果感到惊讶。这些发现与传统的观点相悖,即行星大气中的碳和氧气体的比例应与其新生盘中的碳和氧气体比例相匹配。

Wang 说:“当 Dino 运行那个分析并得出结果时,我说‘哇’。”他感到惊讶,因为这一观测有可能改变天体物理学家对行星形成的理解。


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罕见的诞生观测

Wang 说,目睹行星诞生相对罕见,因为它们发生在相对短的时间尺度内——在几百万年内。在时间尺度以十亿年计算的系统中,这只是沧海一粟。

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科学家们不仅幸运地抓住了行星形成的短暂窗口期,还幸运地在相对较近的距离看到了它的发生——距离地球仅 3.66 亿光年。对于位于夏威夷毛纳基亚的 Keck Observatory 的强大望远镜来说,这已经足够近了。

两种可能的解释

科学家们怀疑有两种可能的场景可以解释这一令人惊讶的结果。一种是行星可能在碳进入圆盘之前就已经形成。另一种解释是行星通过吸收固体和气体而生长。他们的成像技术只能测量气体的成分。

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Wang 指出,虽然行星的成分与孕育它的圆盘不同,但它更接近于产生圆盘的恒星的物质。“圆盘是恒星形成的残骸,”Wang 说。“所以行星的诞生物质与恒星的物质是相同的。”

该团队接下来将比较从同一个新生盘中产生的邻近行星。他们已经研究过的一颗行星名为 PDS 70b。他们将把他们的仪器转向它的邻居 PDS 70c。

理想情况下,他们将开发技术来测量宇宙的不同构建块——可能是钾、铁或硫。

Wang 说:“我们想超越碳和氧,研究其他东西。”“追踪一些其他元素会非常有趣。”

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文章来源

我们的Discovermagazine.com作家在文章中采用同行评审研究和高质量来源,我们的编辑会审阅科学准确性和编辑标准。请查看本文使用的以下来源

  • 《天体物理学杂志快报》。PDS 70b 显示出恒星般的碳氧比

  • Paul Smaglik

    在加入Discover Magazine之前,Paul Smaglik做了20多年的科学记者,专注于美国生命科学政策和全球科学职业问题。他的职业生涯始于报纸,后来转向科学杂志。他的作品曾出现在《科学新闻》、《科学》、《自然》和《科学美国人》等出版物上。

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