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<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)對這些&ldquo;颶風(fēng)&rdquo;的觀測，對年輕恒星系統(tǒng)中行星的質(zhì)量和年齡進行了一些限制。</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，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>即使是相對較小的行星&mdash;&mdash;根據(jù)最近的一些計算，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，因此傳統(tǒng)的系外行星探測方法無法使用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>除了溝槽，ALMA的觀測還顯示了原行星盤中的其他獨特結(jié)構(gòu)，如香蕉或花生形狀的弧和團塊。人們曾認(rèn)為，至少其中一些結(jié)構(gòu)也是由行星驅(qū)動的。</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)的一種可能的機制&mdash;&mdash;當(dāng)然也是最有趣的機制&mdash;&mdash;是我們看到的弧和團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)會月刊》上發(fā)表了兩篇獨立的論文。</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算了行星在圓盤中產(chǎn)生漩渦所需的時間長度。然后，他們用這些計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;漩渦年代測定&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)一顆不斷增長的行星變得足夠大時，它開始將圓盤上的物質(zhì)推開，在圓盤上形成了一個泄露秘密的缺口。當(dāng)這種情況發(fā)生時，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，就會引發(fā)不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性擾亂了圓盤，最終會產(chǎn)生渦旋。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;隨著時間的推移，多個漩渦可以合并在一起，演變成一個大結(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間，研究人員說，他們的方法就像一個時鐘，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，質(zhì)量更大的行星在發(fā)展的早期會產(chǎn)生漩渦，所以我們可以利用漩渦對行星的質(zhì)量進行一些限制，即使我們不能直接看到行星。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用光譜、光度和運動等各種數(shù)據(jù)點，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)的研究人員計算出了自原行星盤形成以來可能在恒星軌道上運行的行星的最低質(zhì)量，并能夠產(chǎn)生一個可以被ALMA觀測到的漩渦。這幫助他們在不直接觀測的情況下，確定了行星質(zhì)量的下限。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過將這項技術(shù)應(yīng)用于幾個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地球質(zhì)量的質(zhì)量，在超級海王星范圍內(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，我們可以利用我們的理論發(fā)現(xiàn)來了解真實系統(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>這項研究得到了科學(xué)技術(shù)設(shè)施委員會(STFC)的部分支持，該委員會是英國研究與創(chuàng)新機構(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。</p> </blockquote>