检查原行星盘中的摇摆阴影

这是由华威大学和斯蒂芬霍金研究员丽贝卡尼伦制作的一个正在形成的行星盘模拟的静止图像。 图像显示了沿上半部分旋转的内盘,以及它投射在下半部分外盘上的阴影。 图片来源:Rebecca Nealon / 华威大学

华威大学的天文学家揭示了一种被称为“摇摆阴影”效应的新现象,它描述了形成行星系统的圆盘是怎样定向的,以及它们是怎样围绕主星移动的。 这种效应还提供了关于它们怎样随时间演变的线索。 Rebecca Nealon 博士本周在华威大学举行的 2022 年全国天文学会议上介绍了这项新工作。

当一大团气体和尘埃自行坍缩时,恒星就诞生了。 没有进入恒星的剩余物质最终会在它周围盘旋,这与水在落入之前在排水管周围旋转的方式不同。这种旋转的气体和尘埃质量被称为原行星盘,它是像地球这样的行星所在的地方出生。

原行星盘通常被认为形状像餐盘——薄、圆、平。 然而,最近来自阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 的望远镜图像表明,情况并非总是如此。 ALMA 看到的一些圆盘上有阴影,其中最靠近恒星的圆盘部分阻挡了一些恒星光,并将阴影投射到圆盘的外部。 从这个阴影图案中,可以推断出盘的内部与外部完全不同,这就是所谓的破碎盘。

由正在形成的行星系统中的圆盘的 3D 模拟制作的电影。 内盘在外盘上投射阴影,外盘来回摆动。 图片来源:Rebecca Nealon / 华威大学

在这项研究中,该团队使用高性能计算机对损坏的磁盘进行 3D 模拟。 然后,该团队进行了模拟观察,模拟了如果通过望远镜观察这样的圆盘会是什么样子,以及它会怎样随时间变化。

当内盘通过中心恒星的引力移动时,它投射的阴影在外盘上移动。 但阴影图案并没有像预期的那样像时钟指针一样在圆盘上移动,而是像跷跷板一样前后摇摆。 所以虽然里面的圆盘一直朝着同一个方向转动,但它的影子却像是在前后摇摆。 该团队认为这是由几何投影效应引起的,这很可能发生在所有破碎的磁盘中。

Nealon 说:“JWST 承诺让我们以前所未有的细节了解胚胎行星系统,通过我们的新模型,我们将能够了解更多关于行星诞生的信息。”