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紫金山地理台等提醒原行星盘中旋涡构成的旋臂特点

  1018日,The Astrophysical Journal Letters (《天体物理学杂志快报》)在线发表了中科院紫金山地理台(紫台)研究员季江徽课题组与协作者的研究成果,该项研究基于流体力学模仿,提醒原行星盘中旋涡构成的旋臂特点,对懂得原行星盘非对称性结构成因具有迷信意义。 

  原行星盘是环绕在年青恒星四周,由气体和尘埃构成的气体盘。这些环绕恒星的原行星盘是行星的“出生摇篮”,比如孕育行星的“胎盘”。原行星盘的半径平日可延长到数百至上千地理单位(1地理单位约等于日地均匀间隔)。20149月,智利北部阿塔卡马戈壁高原上阿塔卡马毫米/亚毫米波阵列(Atacama Large Millimeter/submillimeter ArrayALMA)拍摄到一颗年青恒星HL Tauri(间隔我们约460光年)四周的气体和尘埃盘的图象,发明其邻近的尘埃分布出现一系列的清楚环状构造。以后,又陆续取得了很多其他年青恒星四周的气体和尘埃盘的高分辨率图象。这些代表着行星构成区域的图象,有些是整洁的椭圆盘中夹着清楚的环状空带,有些则像微型的星系那样由旋臂构成开放的弧形。这些不雅测到的原行星盘的精细构造若何构成?它是行星的引力势在盘中激起密度波产生,抑或是盘本身的引力不稳定性而至? 

  近年来,ALMA不雅测到很多存在明显的方位非对称性构造的原行星盘尘埃持续谱图象。今朝认为这类非对称构造源于行星盘中激起罗斯贝波不稳定性 (RossbyWave Instability),在盘中产生反气旋的旋涡。在光学红外散射光及 ()毫米波段的尘埃热辐射不雅测中,今朝发明很多的原行星盘出现大年夜标准的旋臂构造 (HD 142527, MWC 758, SAO 206462)(1) 

  该研究经过过程流体动力学模仿,在原行星盘中触发罗斯贝波不稳定性,产生大年夜标准旋涡构造,进而旋涡产生密度波构成旋臂构造(图2)。这类旋臂的产生新机制不合于行星与原行星盘相互感化产生密度波而构成旋臂,但旋涡产生的旋臂强度与超等地球(4个地球质量)产生的旋臂强度类似(图3)。研究发明旋涡能产生多于4条旋臂构造,但是唯一2条是由于旋涡紧缩流线产生的密度波构成。研究还注解旋涡激起旋臂的性质与旋涡的质量并没有接洽,分析了其各类特点,指出旋涡产生的旋臂的面密度比较度没法解释今朝不雅测到具有明显旋臂构造的原行星盘(MWC 758SAO 206462),是以它们的旋臂构造弗成能是由旋涡激起产生。本项研究为将来ALMA对原行星盘的旋臂高精度不雅测供给了重要迷信根据。 

  该项研究任务第一作者为紫台博士生黄平辉,协作者包含加拿大年夜维多利亚大年夜学助理传授董若冰和美国洛斯阿拉莫斯国度实验室研究员Hui Li课题组,该任务取得了国度天然迷信基金(11773081,11661161013,11633009, 11873097) 、中国迷信院创新交叉团队、中国迷信院行星迷信重点实验室等赞助。  

  文章链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab40c4 

1 经过过程VLT/SPHERE 不雅测取得的MWC 758 的1.04 um 的红外散射光图象,看到MWC 758 出现2 条明显的旋臂构造(粗虚白线)。而方块为模仿两颗行星地点的地位,由于行星产生的密度波从而构成了大年夜标准的旋臂构造 (Benisty等, 2015)。 

2 由罗斯贝波不稳定性产生的反气旋旋涡在原行星盘中激起旋臂构造,旋臂的激起机制与旋涡的质量有关。 

3 旋涡产生的旋臂强度与超等地球(4个地球质量)产生的旋臂强度类似。

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