<p>劍橋大學(xué)和高等研究院的研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)對(duì)這些&ldquo;颶風(fēng)&rdquo;的觀測(cè)，對(duì)年輕恒星系統(tǒng)中行星的質(zhì)量和年齡進(jìn)行了一些限制。</p> <p>&nbsp;</p> <p>圍繞著年輕恒星的煎餅狀氣體云、塵埃和冰&mdash;&mdash;被稱為原行星盤&mdash;&mdash;是行星形成過程的開始。通過一個(gè)被稱為核心吸積的過程，引力使圓盤中的粒子相互粘在一起，最終形成更大的固體，如小行星或行星。當(dāng)年輕行星形成時(shí)，它們開始在原行星盤上雕刻出缺口，就像黑膠唱片上的凹槽一樣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>即使是相對(duì)較小的行星&mdash;&mdash;根據(jù)最近的一些計(jì)算，它的質(zhì)量只有木星的十分之一&mdash;&mdash;也可能產(chǎn)生這樣的縫隙。由于這些&ldquo;超級(jí)海王星&rdquo;行星環(huán)繞恒星的距離比冥王星環(huán)繞太陽的距離還要遠(yuǎn)，因此傳統(tǒng)的系外行星探測(cè)方法無法使用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>除了溝槽，ALMA的觀測(cè)還顯示了原行星盤中的其他獨(dú)特結(jié)構(gòu)，如香蕉或花生形狀的弧和團(tuán)塊。人們?cè)J(rèn)為，至少其中一些結(jié)構(gòu)也是由行星驅(qū)動(dòng)的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;一定有什么東西導(dǎo)致了這些結(jié)構(gòu)的形成。&rdquo;來自劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系以及新澤西州普林斯頓高等研究院的首席作者羅曼&middot;拉菲科夫教授說。&ldquo;產(chǎn)生這些結(jié)構(gòu)的一種可能的機(jī)制&mdash;&mdash;當(dāng)然也是最有趣的機(jī)制&mdash;&mdash;是我們看到的弧和團(tuán)塊的塵埃顆粒集中在流體漩渦的中心:本質(zhì)上是小颶風(fēng)，可以由行星在原行星盤上雕刻的間隙邊緣的特定不穩(wěn)定性引發(fā)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉菲科夫與他的博士生尼古拉斯&middot;西曼(Nicolas Cimerman)合作，利用這種解釋開發(fā)了一種方法，如果在原行星盤中觀察到渦旋，就可以限制行星的質(zhì)量或年齡。他們的研究結(jié)果已經(jīng)在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上發(fā)表了兩篇獨(dú)立的論文。</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉菲科夫說:&ldquo;通過直接成像來研究遠(yuǎn)離恒星的較小行星是極其困難的:這就像試圖在燈塔前發(fā)現(xiàn)螢火蟲一樣。&rdquo;&ldquo;我們需要其他不同的方法來了解這些行星。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了發(fā)展他們的方法，兩位研究人員首先從理論上計(jì)算了行星在圓盤中產(chǎn)生漩渦所需的時(shí)間長度。然后，他們用這些計(jì)算來限制帶有漩渦的圓盤中行星的性質(zhì)，基本上是為行星的質(zhì)量或年齡設(shè)定了下限。他們稱這些技術(shù)為行星的&ldquo;漩渦稱重&rdquo;和&ldquo;漩渦年代測(cè)定&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)一顆不斷增長的行星變得足夠大時(shí)，它開始將圓盤上的物質(zhì)推開，在圓盤上形成了一個(gè)泄露秘密的缺口。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，間隙外部的物質(zhì)比間隙內(nèi)部的物質(zhì)密度更大。隨著間隙變深，密度差異變大，就會(huì)引發(fā)不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性擾亂了圓盤，最終會(huì)產(chǎn)生渦旋。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;隨著時(shí)間的推移，多個(gè)漩渦可以合并在一起，演變成一個(gè)大結(jié)構(gòu)，看起來就像我們用ALMA觀察到的弧線，&rdquo;西特曼說。由于渦旋的形成需要時(shí)間，研究人員說，他們的方法就像一個(gè)時(shí)鐘，可以幫助確定行星的質(zhì)量和年齡。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Rafikov說:&ldquo;由于引力更強(qiáng)，質(zhì)量更大的行星在發(fā)展的早期會(huì)產(chǎn)生漩渦，所以我們可以利用漩渦對(duì)行星的質(zhì)量進(jìn)行一些限制，即使我們不能直接看到行星。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用光譜、光度和運(yùn)動(dòng)等各種數(shù)據(jù)點(diǎn)，天文學(xué)家可以確定恒星的大致年齡。有了這些信息，劍橋大學(xué)的研究人員計(jì)算出了自原行星盤形成以來可能在恒星軌道上運(yùn)行的行星的最低質(zhì)量，并能夠產(chǎn)生一個(gè)可以被ALMA觀測(cè)到的漩渦。這幫助他們?cè)诓恢苯佑^測(cè)的情況下，確定了行星質(zhì)量的下限。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于幾個(gè)已知的具有突出弧的原行星盤，研究人員發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這些漩渦的假定行星必須具有至少幾十個(gè)地球質(zhì)量的質(zhì)量，在超級(jí)海王星范圍內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在我的日常工作中，我經(jīng)常關(guān)注執(zhí)行模擬的技術(shù)方面，&rdquo;Cimerman說。&ldquo;當(dāng)事情結(jié)合在一起時(shí)，我們可以利用我們的理論發(fā)現(xiàn)來了解真實(shí)系統(tǒng)，這是令人興奮的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉菲科夫說:&ldquo;我們的限制可以與其他方法提供的限制相結(jié)合，以提高我們對(duì)這些系統(tǒng)中行星特征和行星形成途徑的理解。&rdquo;&ldquo;通過研究其他恒星系統(tǒng)中的行星形成，我們可能會(huì)更多地了解我們自己的太陽系是如何演變的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究得到了科學(xué)技術(shù)設(shè)施委員會(huì)(STFC)的部分支持，該委員會(huì)是英國研究與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)(UKRI)的一部分。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>