天文学家发现行星系统诞生时发生了巨大的化学

 新闻资讯     |      2020-03-23 00:16
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天文学家发现行星系统诞生时发生了巨大的化学变化

朝着原恒星旋转的流入气体的插图

在前腹膜圆盘的外边缘(蓝色),增加了硫代单氧环的丰度

学分:东京大学

天文学家已经发现,在下降的包膜和年轻的原恒星l1527周围的气盘之间的过渡带中发生了意外的化学变化

国际研究小组使用alma在金牛座分子云中以高空间分辨率观察到了年轻的原恒星l1527,并发现了下降的包膜和气体盘之间的过渡带发生了意外的化学变化

迄今为止,人们已经认为,星际物质可以顺利地传递到原恒星周围的气体盘,而不会发生任何明显的化学变化

但是,现在发现它过于简单

落入的气体由于离心力在气盘的外缘被堵塞,在那里局部加热会引起剧烈的化学变化

这种化学变化突出了仍在增长的气盘的外边缘

这项研究突出了原行星盘形成过程中从未有过的化学反应

尚不清楚在许多原恒星附近是否能看到这种急剧的转变,未来的观察研究将发现这一转变

这对于理解我们自己的太阳系的形成过程也很重要

恒星是由星际气体和尘埃的收缩形成的

在原恒星周围,气体和尘埃形成了一个圆盘,最终形成了行星

那么,星际云和磁盘的化学组成是否相同?alma的新观察结果表明答案是否定的

这一发现对理解行星和原行星盘的形成过程有很大的影响

由东京大学物理系助理教授酒井奈美博士领导的国际研究小组在alma的观测下,在金牛座星座中发现了一颗小恒星l1527

该小组观察到了来自环状c3h2和一氧化硫(so)分子的无线电辐射,以分析婴儿恒星周围气体的运动和温度

l1527是著名的原恒星(婴儿恒星),许多天文学家都将它对准了望远镜

例如,nasa spitzer太空望远镜拍摄了这颗恒星的红外图像

恒星光通过一个恒星逸出的空腔逸出,该空腔由恒星发出的强大双极气体流所照射,并照亮了周围的气体,这使蝴蝶状星云向东西方向延伸(图1)

过去的无线电观测表明,气体在恒星官网注册周围盘旋以形成圆盘,我们看到圆盘在边缘

图1. spitzer太空望远镜拍摄的原恒星l1527的红外图像

图片来源:j

tobin / nasa / jpl-caltech

alma的无线电观测的优点是能够直接看到在红外光下不可见的气体

气体中的各种分子在特征条件(温度,密度,化学成分)下以无线电波的形式发射特征辐射

因此,天文学家可以通过观察各种分子来研究气体的性质

天文学家还用多普勒效应测量气体的运动

alma前所未有的灵敏度使我们能够检测到其他望远镜无法检测到的微弱的无线电发射

实际上,由于其低丰度,环状c3h2和so的排放要弱于例如早期研究中在l1527附近详细观察到的co排放

用alma观测到的c3h2循环表明,气体形成了一个半径为500 au的圆盘(1 au对应于太阳与地球之间的距离

从太阳到海王星的距离为30 au)绕原恒星盘旋

超过100 au时,随着气体围绕原恒星旋转,它也进入恒星

在100 au内,环状c3h2的发射非常微弱,这表明内盘和外盘之间存在化学差异

研究小组根据发射强度估算出气体温度在-240至-250摄氏度之间

另一方面,so具有完全不同的分布:半径为100 au的环状结构

so分子的温度估计为-210摄氏度,明显高于环状c3h2的温度

图2. spitzer观察到的l1527(左),alma观察到的环状c3h2(中心)和so(右)的分布

alma发现气体分布正好接近原恒星

环状c3h2向原恒星的排放微弱,而在北部和南部则强烈

同时,so的发射峰接近原恒星

图片来源:j

tobin / nasa / jpl-caltech,n

sakai /东京大学

是什么导致恒星在1无极3登录00 au处化学成分急剧变化?简单的模拟表明,由于离心力抑制了流入的气体并堆积

该边界称为离心屏障

流入的气体与障碍物碰撞并被加热

冻结在冷尘粒表面上的so分子释放为气相

势垒内部的温度降低,so分子再次冻结

这是在100 au下so环的形成过程

旋转运动在离心屏障内部占主导地位

因此,屏障是磁盘形成区域的边缘,最终将在其中形成行星系统

几乎没有考虑过星际云和原行星盘之间的化学差异

这是在原行星盘形成过程中化学成分发生巨大变化的第一个证据

这项研究突出了原行星盘形成过程中从未有过的化学反应

尚不清楚在许多原恒星附近是否能看到这种急剧的转变,未来的观察研究将无法发现这种转变

这对于理解我们自己的太阳系的形成过程也很重要

出版物:nami sakai等人,《围绕原恒星形成盘状的进入气体的化学成分的变化》,《自然》,2014年;doi:10.1038 / nature13000

官网注册综合报道