【資料圖】
由中國科學(xué)院紫金山天文臺和北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所帶領(lǐng)的國際團隊，報告了迄今為止最高空間分辨率的原行星盤的盤風(fēng)發(fā)射圖像（分辨能力達到3.7 AU），可對類地行星形成的區(qū)域的物理現(xiàn)象進行分析研究。該團隊使用當(dāng)前最先進的數(shù)值模擬并與觀測結(jié)果比對。觀測結(jié)果改變了科學(xué)家對原行星盤演化過程的認知。6月19日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表《自然-天文學(xué)》上。
太陽系內(nèi)的行星以及目前已探測到的數(shù)以萬計的系外行星均形成于原行星盤中。隨著觀測設(shè)備的發(fā)展和計算能力的提升，關(guān)于原行星盤物理和行星形成的認知有了重大革新。而測量原行星盤“類地行星”的形成區(qū)域依舊頗具挑戰(zhàn)性。這些區(qū)域離中心恒星較近、空間尺度較小，因而觀測上極難分辨。
目前，一般認為三種機制決定原行星盤演化，即行星形成、吸積活動、盤風(fēng)。盤風(fēng)大致可分為兩種——離恒星較近部分由磁流體動力學(xué)（MHD）機制驅(qū)動，而距恒星較遠部分或可由光致蒸發(fā)（photoevaporation）驅(qū)動。在觀測上，這兩種機制可由中性氧原子的發(fā)射線進行測量、表征和區(qū)分。
研究團隊借助MUSE儀器（依托于甚大望遠鏡，由歐洲南方天文臺運營），對離我們最近的原行星盤TW Hya的中性氧發(fā)射線進行了高空間分辨率觀測研究。研究表明，該發(fā)射線在空間上集中于盤中心附近、形成類地行星的較小區(qū)域內(nèi)（如圖）。這意味著發(fā)出該譜線的中性氧原子幾乎全部由靠近中央恒星的磁流體力學(xué)盤風(fēng)攜帶。盡管結(jié)果中可能有光致蒸發(fā)盤風(fēng)的跡象，但其發(fā)射太弱，遠低于現(xiàn)有光致蒸發(fā)盤風(fēng)模型的預(yù)期。
該團隊進一步嘗試使用先進數(shù)值模擬手段（包含非理想磁流體力學(xué)、輻照、非平衡態(tài)化學(xué)熱力學(xué)等過程）對觀測結(jié)果進行比對解釋?；诖帕黧w力學(xué)驅(qū)動盤風(fēng)數(shù)值模擬結(jié)果，該研究進行了自洽的中性氧發(fā)射線模擬。在無修正和調(diào)整的情況下，該模擬結(jié)果完全解釋了觀測結(jié)果（包括譜線的空間分布、譜線輪廓和強度）。TW Hya的氖發(fā)射線一直被認為是支持其存在光致蒸發(fā)盤風(fēng)的最強的證據(jù)，而該數(shù)值模擬也解釋了氖發(fā)射線。
本研究為原行星盤演化物理機制的進一步研究鋪平了道路，并將基于其他先進設(shè)備特別是中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）以進行更好的觀測。CSST計劃配備的積分視場光譜儀（IFS）可用于本工作的拓展研究，而該儀器具有的極高空間分辨率將使其成為檢驗原行星盤演化機制的利器。
研究工作得到CSST第一批課題“恒星形成與大質(zhì)量恒星演化”等的支持。北京大學(xué)和法國里昂第一大學(xué)的科研人員參與研究。
論文鏈接
左圖顯示了從VLT/MUSE觀測的TW Hya中提取的氧發(fā)射線分布圖，物理分辨率約為3.7個日地距離。右圖顯示了氧發(fā)射的徑向分布，經(jīng)過MUSE的點擴散函數(shù)卷積后，與磁風(fēng)的預(yù)期一致，在盤半徑較大的區(qū)域遠遠弱于光蒸發(fā)風(fēng)的預(yù)期。
