行星形成盘中的三个铁环

地球和太阳系的起源激励着科学家和公众。通过研究我们的母星和太阳系其他天体的现状，研究人员绘制了一幅它们大约45亿年前从婴儿太阳周围由尘埃和气体组成的圆盘演化而来的详细画面。

暗示两颗行星的三个环

随着针对遥远天体的恒星和行星形成研究取得惊人进展，我们现在可以调查年轻恒星周围的环境条件，并将其与早期太阳系的环境条件进行比较。

利用欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜干涉仪(VLTI)，匈牙利布达佩斯孔科利天文台的约瑟夫·沃尔高领导的一个国际研究小组做到了这一点。

他们观察了大约500光年外的年轻恒星HD 144432的行星形成盘。

Roy van Boekel说:“在研究尘埃盘最内部区域的尘埃分布时，我们首次探测到一种复杂的结构，其中尘埃在这样的环境中堆积成三个同心环。

他是德国海德堡马普天文研究所(MPIA)的科学家，也是发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一篇基础研究文章的合著者。

“该区域对应于太阳系中岩石行星形成的区域，”范·博克补充道。

与太阳系相比，HD 144432周围的第一个环位于水星的轨道内，第二个环靠近火星的轨迹。

此外，第三环大致对应木星的轨道。

到目前为止，天文学家已经发现这种结构主要出现在土星围绕太阳旋转以外的更大范围内。

年轻恒星周围圆盘中的环状系统通常表明行星在它们积累尘埃和气体的过程中形成于间隙中。

然而，HD 144432是如此接近其主星的如此复杂的环形系统的第一个例子。

它发生在一个富含尘埃的区域，尘埃是像地球这样的岩石行星的组成部分。

假设这些环表明有两颗行星在这些间隙中形成，天文学家估计它们的质量与木星大致相似。

条件可能与早期太阳系相似

天文学家确定了星盘上的尘埃成分，其与中心恒星的距离相当于木星与太阳的距离。

他们发现的东西对研究地球和太阳系岩石行星的科学家来说非常熟悉:地壳和地幔中存在的各种硅酸盐(金属硅氧化合物)和其他矿物质，以及水星和地球内核中可能存在的金属铁。

如果得到证实，这项研究将是首次在行星形成盘中发现铁。

“到目前为止，天文学家已经解释了对含有碳和硅酸盐尘埃混合物的尘埃盘的观察，这种材料几乎在宇宙中随处可见，”范·博克尔解释道。

然而，从化学的角度来看，铁和硅酸盐的混合物更有可能是热的内盘区域。

事实上，当引入铁而不是碳时，基础研究文章的主要作者沃尔高应用于数据的化学模型产生了更好的拟合结果。

此外，在HD 144432磁盘中观察到的灰尘温度可高达1800开尔文(约1000开尔文)。

1500摄氏度)和300开尔文(约1500摄氏度)的中等温度。

25摄氏度)更远。在恒星附近的热区，矿物质和铁熔化并重新凝结，通常是以晶体的形式。

反过来，碳粒将无法在高温下存活，而是以一氧化碳或二氧化碳气体的形式存在。

然而，碳可能仍然是冷外盘中固体颗粒的重要组成部分，这是本研究无法追踪的。

富铁贫碳的尘埃也非常适合太阳系的条件。

水星和地球是富含铁的行星，而地球含有相对较少的碳。

“我们认为HD 144432盘可能与我们今天所知的为岩石行星提供大量铁的早期太阳系非常相似，”范·伯克勒说。

“我们的研究可能成为另一个例子，表明我们太阳系的组成可能相当典型。”

干涉测量法解析微小细节

正如VLTI所提供的那样，只有通过极高分辨率的观测才能检索结果。

通过将欧洲南方天文台帕拉纳尔天文台的四台VLT 8.2米望远镜结合起来，他们可以解析细节，就好像天文学家使用主镜直径为200米的望远镜一样。

沃尔高、范·伯克勒和他们的合作者使用三种仪器获得了数据，实现了1.6至13微米的宽波长覆盖范围，代表红外光。

MPIA为重力和多孔径中红外光谱实验(MATISSE)这两个装置提供了重要的技术要素。马蒂斯的主要目的之一是调查年轻恒星周围圆盘的岩石行星形成带。

“通过观察恒星周围原行星盘的内部区域，我们旨在探索盘中所含各种矿物质的来源——这些矿物质后来将形成像地球这样的行星的固体成分，”MPIA主任兼马蒂斯仪器的联合首席研究员托马斯·亨宁说。

然而，用我们习惯于从单个望远镜获得的干涉仪产生图像并不简单，而且非常耗时。

更有效地利用宝贵的观测时间来破译物体结构的方法是将稀疏数据与潜在目标配置的模型进行比较。

在HD 144432磁盘的情况下，三环结构最能代表数据。

来源: Materials provided by Max Planck Institute for Astronomy.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: J. Varga, L. B. F. M. Waters, M. Hogerheijde, R. van Boekel, A. Matter, B. Lopez, K. Perraut, L. Chen, D. Nadella, S. Wolf, C. Dominik, Á. Kóspál, P. Ábrahám, J.-C. Augereau, P. Boley, G. Bourdarot, A. Caratti o Garatti, F. Cruz-Sáenz de Miera, W. C. Danchi, V. Gámez Rosas, Th. Henning, K.-H. Hofmann, M. Houllé, J. W. Isbell, W. Jaffe, T. Juhász, V. Kecskeméthy, J. Kobus, E. Kokoulina, L. Labadie, F. Lykou, F. Millour, A. Moór, N. Morujão, E. Pantin, D. Schertl, M. Scheuck, L. van Haastere, G. Weigelt, J. Woillez, P. Woitke. Mid-infrared evidence for iron-rich dust in the multi-ringed inner disk of HD 144432. Astronomy & Astrophysics, 2024; 681: A47 DOI: 10.1051/0004-6361/202347535