天文学家发现不应存在的怪异"禁忌"行星 挑战气态巨行星形成理论

天文学家发现不应存在的怪异"禁忌"行星挑战气态巨行星形成理论M型矮星比我们的太阳更小、更冷，是我们银河系中最常见的恒星。由于它们的体积小，这些恒星的温度往往只有太阳的一半，而且颜色更红。它们的亮度很低，但寿命却极长。尽管红矮星比其他更大质量的恒星承载更多的行星，但它们的形成历史使它们不太可能成为承载气态巨行星的候选者。图为艺术家对围绕一颗名为TOI-5205的小红矮星运行的大型气体巨行星的构想。到目前为止，在像TOI-5205这样的低质量M型矮星周围的行星系统中还没有发现气态巨行星。图片由凯瑟琳-凯恩提供，卡内基科学研究所提供。这颗新发现的行星TOI5205b首先被美国宇航局的凌日系外行星探测卫星（TESS）确定为一个潜在的候选行星。Kanodia的团队，包括卡内基的AnjaliPiette、AlanBoss、JohannaTeske和JohnChambers确认了它的行星性质，并使用各种地面仪器和设施对其进行了定性。"主星TOI-5205的大小只是木星的四倍左右，但它却以某种方式成功地形成了一颗木星大小的行星，这相当令人惊讶！"Kanodia感叹道，他专门研究这些恒星，这些恒星占我们银河系的近四分之三，但用肉眼却无法看到，他还就这一发现写了一篇博文。虽然已经发现有少量的气态巨行星围绕着较老的M型矮星运行。但是到目前为止还没有在像TOI-5205这样的低质量M型矮星周围的行星系统中发现气态巨行星。为了方便说明比例，可以把围绕类似太阳的恒星运行的类似木星的行星比作一颗围绕柚子的豌豆；对于TOI-5205b来说，由于主星小得多，它更像是一颗围绕柠檬的豌豆。事实上，当木星质量的TOI-5205b在其宿主面前穿过时，它阻挡了大约7%的光线--这是已知的最大的系外行星过境。行星诞生于围绕年轻恒星的气体和尘埃的旋转盘中，最常用的气体行星形成理论是需要大约10个地球质量的这种岩石材料积累起来，形成一个巨大的岩石核心，之后它迅速从盘的邻近区域扫除大量气体，形成我们今天看到的巨大行星。发生这种情况的时间框架是至关重要的。卡诺迪亚解释说："TOI-5205b的存在扩展了我们对这些行星诞生的星盘的了解。在开始时，如果盘中没有足够的岩石物质来形成最初的核心，那么就不能形成一个气态巨行星。而在最后，如果圆盘在巨大的核心形成之前就蒸发掉了，那么我们就不能形成一个气态巨行星。然而TOI-5205b的形成却完全没有遵循这些，因此根据我们目前对行星形成的名义理解，TOI-5205b不应该存在；它是一颗'禁忌'行星。"研究小组表明，这颗行星非常大的过境深度使得它非常有利于未来用最近发射的JWST进行观测，这可能会对它的大气层有一些了解，并对它的形成之谜提供一些额外的线索。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346377.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346377.htm

宇宙“三明治”：行星形成的新解释

宇宙“三明治”：行星形成的新解释研究人员在"出生环境"或围绕中心恒星旋转的尘埃和气体的原行星盘中发现了一个新的行星形成过程。这种被称为"夹层行星形成"的方法表明，原行星盘中两颗大行星的存在会导致它们之间形成一颗较小的行星。这是由于两颗较大的行星阻碍了尘埃的向内流动，导致它们之间的尘埃吸积量减少。随着时间的推移，聚集的尘埃可以聚集在一起，形成一个"夹在"两颗大行星之间的较小的行星。(图片描述了在两颗大行星之间形成的行星。）来源：MarkGarlick博士/华威大学华威大学的研究人员调查了行星的"出生环境"--围绕中心恒星旋转的气体和灰尘区域，这被称为原行星盘。他们在这个区域发现了一种新的行星形成方法，这在以前的研究中尚未描述。这项工作已经提交给《皇家天文学会月刊》，并在今天（7月3日星期一）开始的国家天文学会议上进行了展示。研究小组展示了原行星盘中的两颗大行星如何有可能在它们之间产生一颗较小的行星--他们称之为"夹层行星的形成"。其原因是两个原始的大行星限制了尘埃的向内流动。这意味着，与没有外行星的情况相比，聚集在它们之间的灰尘数量减少了。如果这些尘埃最终聚集在一起形成一颗行星，那么中间的行星可能会比外面的两颗行星要小--就像三明治的馅料。虽然该领域还需要进一步研究，但这一理论可以为小行星的形成提供可能的解释；比如火星和天王星，它们各自被较大的行星所包围。来自华威大学物理系的副教授和多萝西-霍奇金研究员法扎纳-梅鲁说："在过去的十年中，观察发现原行星盘中存在着环和空隙。空隙是我们期望的行星所在的地方，我们从理论工作中知道，行星会导致尘埃环在它们的外部形成。在这些环中究竟发生了什么，这给全世界的天文学家提出了一个重要问题。""在我们的研究中，我们提出星环是行星形成的场所；具体而言，目前在这些星环中存在着夹层行星的形成。这与行星形成的传统观点非常不同，我们通常期望行星从圆盘内部到外部依次形成，越往外质量越大。真正有趣的是，我们从系外行星的观测中发现了一些例子，这些例子实际上显示了这种夹层式的行星结构--中间的行星比它的邻居质量小；这也是一个合理比例的系统。最近，行星形成领域已经发生了革命性的变化。在过去的十年里，自从一个新的精密望远镜（阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列）开始观测夜空以来，行星形成盘的高分辨率图像已经出来了。这些图像为我们提供了关于行星如何形成和演变的线索；能够站在这项研究的最前沿是令人激动的。"这项由英国皇家学会资助的研究将在国家天文学会议上发表，并已提交给《皇家天文学会月刊》（MNRAS）杂志发表。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369019.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369019.htm

系外行星新发现挑战既定天文学理论

系外行星新发现挑战既定天文学理论天文学家发现了一颗独特的木星大小的行星，命名为TOI-4860b，它围绕着金牛座的一颗低质量恒星运行。这颗富含重元素的行星打破了传统的行星形成模型。这一发现为研究"暖木星"的大气特性提供了机会，并为行星的形成过程提供了启示，而这一过程可能是由丰富的重元素催化的。这颗新发现的气体巨行星被命名为TOI-4860b，它是一颗不寻常的行星，原因有二：质量如此之低的恒星预计不会承载像木星这样的行星，而且这颗行星似乎特别富含重元素。这项研究由伯明翰大学天文学家领导，本月初发表在《皇家天文学会月刊》上的一封信中。"根据典型的行星形成模型，恒星的质量越小，恒星周围物质盘的质量就越小。由于行星是从该圆盘中产生的，因此人们普遍认为像木星这样的高质量行星是不会形成的"。-乔治-德兰斯菲尔德，伯明翰大学博士生这颗行星最初是通过美国宇航局的凌日系外行星巡天卫星发现的，因为它在宿主恒星前凌日时亮度下降，但仅凭这些数据还不足以确认它是一颗行星。研究小组利用位于智利阿塔卡马沙漠的SPECULOOS南天文台测量了多个波长的行星信号，并验证了其行星性质。天文学家们还在这颗行星消失在主恒星后面之前和之后对其进行了观测，发现光线没有任何变化，这意味着这颗行星没有发出任何光线。最后，研究小组与一个日本小组合作，使用夏威夷的斯巴鲁望远镜。他们一起测量了这颗行星的质量，从而完全确认了这颗行星。跟踪这颗恒星并确认其行星是SPECULOOS项目中一组博士生的倡议。"行星的特性中隐藏着可能发生了什么的暗示，它似乎特别富含重元素。我们在宿主恒星中也探测到了类似的东西，因此很可能是丰富的重元素催化了行星的形成过程"。-伯明翰大学AmauryTriaud教授挑战既定理论最近在伯明翰大学提交论文的博士生乔治-德兰斯菲尔德（GeorgeDransfield）解释说："根据典型的行星形成模型，恒星的质量越小，恒星周围物质盘的质量就越小。由于行星是从该圆盘中产生的，因此人们普遍认为像木星这样的高质量行星不会形成。不过，我们对此很好奇，想检查一下行星候选者是否有可能形成行星。TOI-4860是我们首次确认的，也是质量最低的恒星承载着如此大质量的行星。"领导这项研究的伯明翰大学系外行星学教授AmauryTriaud说："我非常感谢我们团队中聪明的博士生们提出了观测TOI-4860这样的系统。他们的工作确实得到了回报，因为像TOI-4860这样的行星对于加深我们对行星形成的理解至关重要。TOI-4860的行星属性中隐藏着可能发生了什么的蛛丝马迹，它似乎特别富含重元素。我们在宿主恒星中也探测到了类似的东西，因此很可能是丰富的重元素催化了行星的形成过程"。"特征和进一步研究这颗新的气态巨行星需要大约1.52天的时间才能围绕其宿主恒星完成一个完整的轨道，但由于其宿主恒星是一颗低质量的冷恒星，因此这颗行星本身可以被称为'暖木星'。天文学家希望在初步观测的基础上进一步了解这类行星是如何形成的，因此对这一行星亚类特别感兴趣。SPECULOOS项目的另一名学生、比利时列日大学的MathildeTimmermans总结说："TOI-4860b的发现为研究暖木星的大气特性和了解气态巨行星的形成过程提供了一个绝佳的机会。"最近，研究小组获得了智利甚大望远镜的望远镜时间，他们打算利用这段时间再确认几颗具有类似性质的行星。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378499.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378499.htm

韦伯太空望远镜观测到紫外线"风"侵蚀猎户座星云中的原行星盘

韦伯太空望远镜观测到紫外线"风"侵蚀猎户座星云中的原行星盘该研究报告首次直接观测到了远紫外线（FUV）驱动的原行星盘光蒸发的证据。这些发现利用了詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的观测数据，为气态巨行星（包括太阳系内的气态巨行星）形成的制约因素提供了新的见解。洞察气态巨行星的形成年轻的低质量恒星周围通常环绕着寿命相对较短的尘埃和气体原行星盘，它们为行星的形成提供了原材料。因此，气态巨行星的形成受到了从原行星盘中去除质量的过程的限制，例如光蒸发。当原行星盘的上层被X射线或紫外线质子加热时，气体温度升高，导致气体从系统中逸出，这就是光蒸发。由于大多数低质量恒星都是在同时包含大质量恒星的星团中形成的，因此原行星盘预计会暴露在外部辐射中，并经历紫外线驱动的光汽化。詹姆斯-韦伯太空望远镜的NIRCam仪器看到的猎户座星云内部区域。资料来源：NASA、ESA、CSA，数据缩减和分析：PDRs4AllERS小组；图形处理S.Fuenmayor来自JWST和ALMA的观测证据理论模型预测远紫外辐射会产生光解离区（PDRs）--在这些区域中，附近大质量恒星投射的紫外线光子会对原行星盘表面的气体化学反应产生强烈影响。然而，对这些过程的直接观测一直难以实现。OlivierBerné及其同事利用JWST和阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）分别进行的近红外和亚毫米波测量，报告了对猎户座星云内部一个被FUV辐照的原行星盘d203-506的观测结果。通过对PDR内部探测到的发射线的运动学和激发进行建模，研究人员发现由于FUV驱动的加热和电离，d203-506的质量正在高速流失。研究结果表明，d203-506的质量损失速度表明，气体可能会在一百万年内从圆盘中移除，从而抑制气态巨行星在该系统内形成的能力。Berné等人写道："对太阳系的动力学和成分研究表明，太阳系是在一个包含一颗或多颗大质量恒星的恒星簇中形成的，因此它可能受到了FUV辐射的影响。"编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423254.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423254.htm

天文学家发现行星形成的第一步 与理论预期相反

天文学家发现行星形成的第一步与理论预期相反天文学家已经非常善于发现恒星周围行星形成的迹象。然而，要完全掌握行星的形成，关键是要研究这一过程尚未开始的情况。但对年轻恒星金牛座DG的最新详细观测表明，它有一个光滑的原行星盘，没有行星形成的迹象。这次成功地没有发现行星的形成可能表明金牛座DG正处于行星形成的前夜。用ALMA观测到的金牛座DG周围磁盘的无线电波发射强度图像。圆盘中尚未形成星环，这表明它正处于行星形成之前。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),S.Ohashietal.原行星盘和行星的成长行星是在原恒星（仍在形成过程中的年轻恒星）周围的气体和尘埃盘（称为原行星盘）中形成的。行星的生长速度非常缓慢，因此无法观察到行星的演变过程，因此天文学家需要观测许多处于行星形成过程中不同阶段的原恒星，以建立理论上的认识。这次，由日本国立天文台（NAOJ）的大桥谕（SatoshiOhashi）领导的国际研究小组利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA），对位于金牛座方向410光年外的一颗相对年轻的原恒星--DG金牛座周围的原行星盘进行了高分辨率观测。研究小组发现，DG金牛座的原行星盘非常光滑，没有任何表明行星正在形成的环。这让研究小组相信，金牛座DG系统将来会开始形成行星。意外发现和未来研究研究小组发现，在行星形成前的这一阶段，中心原恒星40AU（约为太阳系天王星轨道大小的两倍）范围内的尘粒仍然很小，而在这一半径之外，尘粒的体积已经开始增大，这是行星形成的第一步。这与行星形成始于星盘内部的理论预期相反。这些结果为行星开始形成时的尘埃分布和其他条件提供了令人惊讶的新信息。未来对更多实例的研究将进一步加深我们对行星形成的理解。参考文献：《ALMA三波段频率观测揭示的DGTau原恒星周围光滑盘中的尘埃富集和晶粒生长》，作者：SatoshiOhashi、MunetakeMomose、AkimasaKataoka、AyaEHiguchi、TakashiTsukagoshi、TakahiroUeda、ClaudioCodella、LindaPodio、TomoyukiHanawa、NamiSakai、HiroshiKobayashi、SatoshiOkuzumi和HidekazuTanaka，2023年8月28日，《天体物理学报》。DOI:10.3847/1538-4357/ace9b9编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404957.htm

詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到行星形成的最后阶段

詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到行星形成的最后阶段这幅艺术家的作品展示了位于半人马座（TheCentaur）南部活动星系NGC3783中心的超大质量黑洞的周围环境。利用欧洲南方天文台智利帕拉纳尔天文台的甚大望远镜干涉仪进行的新观测不仅揭示了黑洞周围的热尘埃环，还揭示了极区的冷物质风。图片来源：ESO/M.科恩梅瑟而木星、土星、天王星和海王星则主要含有气体。但科学家们很早就知道，行星形成盘一开始的气体质量是固体质量的100倍，这就引出了一个紧迫的问题：大部分气体何时以及如何离开新生的行星系统？揭开行星盘的秘密亚利桑那大学月球与行星实验室的纳曼-巴加（NamanBajaj）领导的一项发表在《天文杂志》上的新研究给出了答案。研究小组利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）获得了这样一个新生行星系--也被称为周星盘--的图像，这个行星系正在积极地将气体分散到周围空间。亚利桑那大学月球与行星实验室的二年级博士生巴加说："知道气体何时散去非常重要，因为这能让我们更好地了解气态行星有多少时间来消耗周围环境中的气体。JWST可以帮助我们揭示行星是如何形成的。"行星的形成过程巴加表示，在行星系统形成的早期阶段，行星凝聚在年轻恒星周围的气体和微尘旋转盘中。这些微粒聚集在一起，形成越来越大的块状物，称为行星体。随着时间的推移，这些行星体碰撞并粘连在一起，最终形成行星。形成的行星的类型、大小和位置取决于可用物质的数量及其在星盘中停留的时间。因此，简而言之，行星形成的结果取决于星盘的演化和散布。这一发现的核心是对TCha星的观测，这是一颗年轻的恒星--相对于年龄约为46亿岁的太阳而言--被一个侵蚀的周星盘所包围，其显著特征是巨大的尘埃间隙，横跨约30个天文单位（或au），1au是地球与太阳之间的平均距离。巴加和他的研究小组首次拍摄到了盘风的图像，盘风是指气体缓慢离开行星形成盘时的图像。天文学家们利用了望远镜对原子发出的光的敏感性，当高能辐射（例如星光）将一个或多个电子从原子核中剥离时，原子就会发出光。这种现象被称为电离，电离过程中发出的光可以被用作一种化学"指纹"--在TCha系统中，可以追踪到两种惰性气体--氖和氩。研究小组在论文中写道，这次观测也是首次在行星形成盘中探测到氩的双重电离。Bajaj说："我们图像中的氖特征告诉我们，圆盘风来自远离圆盘的扩展区域。这些风的驱动力可能是高能光子--本质上是恒星发出的流光--或者是行星形成盘中穿梭的磁场"。恒星影响和不断演变的星盘为了区分这两种影响，由荷兰莱顿大学博士后研究员安德鲁-塞勒克（AndrewSellek）领导的同一研究小组对恒星光子（即年轻恒星发出的强光）驱动的散布进行了模拟。他们将这些模拟结果与实际观测结果进行了比较，发现高能恒星光子的散布可以解释观测结果，因此不能排除这种可能性。该研究得出结论，每年从TCha星盘散逸的气体量相当于地球上的月球。这些结果将发表在一篇配套论文中，目前正在《天文杂志》上进行审查。虽然在许多其他天体中都探测到了霓虹信号，但直到2007年，LPL的教授伊拉利亚-帕斯库奇（IlariaPascucci）利用JWST的前身--NASA的斯皮策太空望远镜首次发现了霓虹信号，并很快将其确定为磁盘风的示踪剂之后，人们才知道霓虹信号起源于低质量行星形成的磁盘。这些早期发现改变了研究工作的重点，即了解周星盘的气体散布。帕斯库奇是最新观测项目的首席研究员，也是本文所报道的出版物的合著者之一。帕斯库奇说："我们利用詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了空间分辨氖发射，并首次探测到了双电离氩，这可能会成为改变我们对气体如何从行星形成盘中清除的理解的下一步。这些见解将帮助我们更好地了解太阳系的历史和对太阳系的影响。"此外，该研究小组还发现，TCha的内盘正在以几十年的极短时间尺度演化；他们发现JWST观测到的光谱与Spitzer早期探测到的光谱不同。据领导这项正在进行的工作的LPL二年级博士生谢承彦（ChengyanXie）说，这种不匹配可以用TCha内部一个不对称的小圆盘来解释，在两次观测之间的短短17年里，这个圆盘失去了一些质量。谢说："与其他研究一样，这也暗示着TCha的圆盘正处于演化的末期。"我们也许能在有生之年见证TCha内盘所有尘埃质量的消散。"编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425634.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425634.htm