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紫金山天文臺等基于ALMA觀測揭示原行星盤中塵埃環結構成因

2020-05-22 紫金山天文臺
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  521日,The Astrophysical Journal (《天體物理學雜志》)在線發表了中國科學院紫金山天文臺季江徽課題組與合作者的研究成果,該項研究基于Atacama Large Millimeter/submillimeter ArrayALMA)射電干涉陣的觀測數據及流體力學模擬,揭示了原行星盤中塵埃環的塵埃和氣體相互作用產生的雙流體不穩定性,對理解ALMA觀測的原行星盤的塵埃環狀結構和非方位對稱性結構成因具有重要的科學意義。

  原行星盤是環繞在年輕恒星周圍,由氣體和塵埃組成的氣體盤,其半徑通常延伸到數百至上千天文單位(1天文單位約等于日地平均距離)。這些環繞恒星的原行星盤是行星的誕生搖籃,好比孕育行星的胎盤為行星的形成提供各種豐富的“養分”。毫無疑問,原行星盤的研究對理解“嬰兒期”太陽系也有著重要的科學價值。近年來,ALMA高精度高分辨率的觀測數據,揭示了許多年輕恒星周圍存在環狀結構的原行星盤塵埃連續譜圖像(圖1)。這種塵埃環狀結構或許是由于原行星盤中的揮發物質凝結的雪線形成,抑或是塵埃環受氣體阻尼而困于氣體壓強鼓包中導致。這意味著塵埃環結構與行星的形成密切相關。

  紫金山天文臺的科研人員與合作者通過流體動力學模擬和輻射轉移計算,使用盤的粘滯變化模型在原行星盤中形成壓強鼓包進而形成塵埃環。當塵埃環形成后,塵埃對氣體的反作用阻尼觸發一種新的中等尺度雙流體不穩定性(圖2)。進而,該流體不穩定性產生大量的塵埃旋渦結構,使得原行星中塵埃環呈現非方位對稱性(圖3)。該研究為未來ALMA對原行星盤的塵埃環精細觀測,直接捕捉原行星盤中的星子形成和行星誕生的圖像提供了關鍵的科學依據。

  該項研究的第一作者為紫金山天文臺博士生黃平輝。該工作得到中科院B類先導專項(XDB41000000)、國家自然科學基金、中科院創新交叉團隊、中科院行星科學重點實驗室等的資助。

  文章鏈接

1. DSHARP 項目觀測到的20個原行星盤的240GHz塵埃連續譜(Andrews et al. ApJ, 869, L41, 2018)。

  2. 塵埃環中塵埃和氣體相互作用產生的中等尺度雙流體不穩定性,導致在塵埃環中產生大量的旋渦結構,進而可有效地將塵埃困在旋渦中有利于星子和行星在行星盤中形成。

3. 雙流體不穩定性使得塵埃環產生大量的非方位對稱的亮斑結構。

打印 責任編輯:葉瑞優

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