天文学家发现新生恒星周围的首个“雪线”

年轻恒星V883 Orionis周围形成水霜的图像为行星形成提供了新的见解

艺术家对年轻恒星V883 Orionis周围水雪线的印象图,由ALMA探测到。

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天文学家首次瞥见了恒星周围的水雪线——年轻恒星的碎片轨道盘中首次出现雪和冰的点。

通常,这个边界太靠近恒星,天文学家无法看到它,但这颗特殊的恒星突然爆发亮度,使其圆盘过热,使冰层比平时更远的地方消失。

研究人员对发现他们的第一个恒星雪线感到兴奋,因为它在年轻恒星周围行星的形成中起着至关重要的作用:岩石部分形成像地球和火星这样的行星,而冰雪覆盖的郊区则孕育出像木星和土星这样的气态世界。[ALMA:关于巨型射电望远镜的8个酷炫事实]


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明亮爆发

一颗新生恒星被环绕的气体、尘埃和碎片组成的扁平圆盘包围——这是最终形成外星行星的原始材料。大多数恒星都足够热,可以将圆盘中的水蒸发到距中心约2.8亿英里(4.5亿公里)的地方,这是地球到太阳距离的三倍,使冰能够覆盖更远处的碎片。*(由于太空中的压力极低,水跳过了液态阶段。)

在猎户座星座中距地球1350光年发现的恒星V883 Orionis燃烧得异常炙热——它正处于新物质突然涌入导致的亮度和热量爆发之中。这使得恒星可以将冰层蒸发到37亿英里(60亿公里)以外,或者说是冥王星围绕太阳运行的平均距离,这让研究人员感到惊讶。遥远的边界使他们能够用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA)在无线电波长中看到水雪线,ALMA是位于智利的射电望远镜集合,构成了世界上最大的地面天文台。

“ALMA的观测结果让我们感到惊讶,”智利迭戈波塔莱斯大学的天文学家、这项新工作的主要作者卢卡斯·西扎在一份声明中说。“我们的观测旨在对圆盘碎片化进行成像,这是巨行星形成的拟议机制之一。” 研究人员没有看到任何碎片化;相反,他们在圆盘中看到了一个意想不到的环。

行星建造者

在与新工作相关的《新闻与观点》专栏中,该工作发表在今天的《自然》杂志上(7月13日),加拿大国家研究委员会的天文学家、未参与这项研究的布伦达·马修斯写道,水雪线对于确定哪些行星形成非常重要——岩石行星在雪线内形成,气态行星在雪线外形成。

马修斯写道:“雪线的位置可以随时间演变,这一事实对于行星形成具有重要意义。” 与恒星变化相关的冰的快速损失和获得“将使预测岩石行星在雪线内缓慢形成,而气态巨行星在雪线外快速形成的模型感到困惑。”

而仅仅是看到雪线,这在之前已经被假设但没有被发现,有助于证实其他恒星也具有与太阳早期环境相似的冰和雪带,从而导致我们太阳系目前的行星集合。

普林斯顿大学的天文学家、这项新工作的合著者朱兆焕在声明中说:“年轻恒星周围水冰的分布对于行星的形成甚至地球上生命的发展至关重要。” “ALMA的观测为了解年轻行星仍在形成时,原行星盘中这种情况发生的方式和地点提供了重要的线索。”

朱补充说:“我们现在有直接证据表明,在其他恒星周围存在一个有利于行星形成的寒冷区域。”

*编者注(7/14/16):这句话在发布后进行了编辑,以更正声明的蒸发区距离。

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莎拉·莱温·弗雷泽大众科学的高级新闻编辑。她计划、分配和编辑月刊杂志的“进展”部分,以及编辑在线新闻。在2019年加入大众科学之前,她曾担任Space.com的副编辑,记录人类探索星空的历程。(更早之前,她曾在大众科学担任印刷实习生。)弗雷泽拥有布朗大学的数学学士学位和纽约大学科学、健康与环境报道项目的文学硕士学位。她喜欢音乐剧和数学纸工艺。

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