巨大阴影席卷年轻的系外行星系统

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巨大阴影席卷年轻的系外行星系统
                               
                               



图源：NASA, ESA, and J. Debes (STScI)

系外行星系统似乎藏着超乎我们想象的把戏，例如距我们192光年之遥的TW 长蛇座（Hydrae）。
这是一个极其年轻的恒星环境，大约八百万到一千万年的年纪。其中心恒星(TW Hydrae)的质量估计是我们现在太阳质量的80%，并且仍被原行星盘的气体和尘埃所包围。从我们的视线方向看过去，这个盘几乎是面向我们的。
尽管这个系统已经被哈勃空间望远镜研究了近二十年，但直到2005年太空望远镜影像摄谱仪(STIS)的数据才揭示了这个盘上奇特的亮度不对称性。这促使Debes等人收集多年来的观测数据，从而试图弄清缘由。
值得注意的是，TW Hydrae原行星盘在大约16年之间呈现出一个清晰的变化周期，而这全然与任何正常的轨道运动相矛盾。除了像暗带、“窄道”这些暗示着行星形成所在的明确细节，盘上一个黯淡的扇形区域似乎作为独立的刚性结构围绕着恒星旋转。


从2015到2016年，暗带移动了20度。图源：NASA, ESA, and J. Debes (STScI)

这个结构的尺度十分庞大。哈勃望远镜的仪器和图像处理阻挡了来自中心恒星周围10亿英里内的光，并对其外围至少100亿英里远的原行星盘进行成像。
目前最优的假说认为我们观测到的是一些光学假象。一颗在恒星周围1亿英里内绕转的类木行星（在图中空白区域）将会通过引力对原行星盘产生摄动。摄动会导致盘的内部区域翘曲，或相对于整体盘的平面产生位移（这一事实可能被来自ALMA天文台新数据证实）。
这个翘曲、摇摆的内盘会给外盘笼罩上阴影。如果内盘以16年为周期摇摆（即进动），它就恰巧与我们从地球上看到的景象一致。下面是这种结构的一个简易的草图演示。



这个系统可能发生的情形。图源：NASA, ESA, and A. Feild (STScI))

尽管这目前仅仅是一种假说，但对于一个非常复杂的观测结果来说，它确实像是一个优雅而合理的解释。如果它是正确的，那就表明我们可能在其他年轻行星系统中观测到更多这种现象的例子，也可开展一种研究行星内部形成过程的新调查。
最后，下面是阴影模型的动画演示（排除了真实数据中的噪声和不确定性）：

https://media.stsci.edu/uploads/video_file/video_attachment/4314/STScI-H-v1703a-1280x720.mp4
视频源：NASA, ESA, and J. Debes (STScI)


翻译：张雅鹏  审校：刘财兴

原文链接：
https://blogs.scientificamerican.com/life-unbounded/vast-shadow-sweeps-across-young-exoplanetary-system/