天文学家在行星形成盘中观察到三个铁环

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欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜干涉仪(VLTI)发现了各种硅酸盐化合物和潜在的铁，这些物质在太阳系的岩石行星中也有大量存在。信用:詹利

（）据马克斯·普朗克学会：地球和太阳系的起源激励着科学家和公众。通过研究我们的地球和太阳系中其他物体的现状，研究人员绘制了一幅详细的图片，展示了大约45亿年前它们从婴儿太阳周围由尘埃和气体组成的圆盘演变而来的情况。

随着针对遥远天体的恒星和行星形成研究取得惊人进展，我们现在可以研究年轻恒星周围的环境条件，并将它们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)，由匈牙利布达佩斯Konkoly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。他们观察了年轻恒星HD 144432的行星形成盘，距离我们大约500光年。

罗伊·范·伯克勒说:“当研究尘埃在圆盘最内部区域的分布时，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·伯克勒补充道。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道。而且，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是在更大的尺度上，对应于土星围绕太阳旋转以外的领域。年轻恒星周围圆盘中的环状系统通常指向在它们积累尘埃和气体的过程中在空隙中形成的行星。

然而，HD 144432是第一个如此靠近其主星的复杂环状系统。它发生在一个富含尘埃的区域，尘埃是像地球一样的岩石行星的组成部分。假设这些环表明在这些空隙中存在两颗行星，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

天文学家确定了整个圆盘上的尘埃成分，其与中央恒星的距离相当于木星与太阳的距离。他们的发现对于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，以及可能存在于水星和地核中的金属铁。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碳和硅酸盐尘埃混合物的尘埃盘的观察，这种材料我们在宇宙中几乎随处可见，”范·伯克勒解释道。然而，从化学的观点来看，铁和硅酸盐的混合物对于炽热的内盘区域来说似乎更合理。

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。1500摄氏度)和300开尔文(大约。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，通常形成晶体。

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，而地球含碳量相对较少。“我们认为HD 144432盘可能与早期太阳系非常相似，早期太阳系为我们今天知道的岩石行星提供了大量的铁，”范·伯克勒说。“我们的研究可能会成为另一个例子，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的细节

正如VLTI所提供的那样，检索结果只有在特别高分辨率的观测下才有可能。通过将ESO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，实现了从1.6到13微米的宽波长覆盖，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，我们的目标是探索盘中包含的各种矿物质的来源——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PI说。

然而，用我们习惯于从单个望远镜获得的干涉仪来产生图像并不简单，而且非常耗时。更有效地利用宝贵的观察时间来解读物体结构的方法是将稀疏数据与潜在目标构型的模型进行比较。在HD 144432磁盘的情况下，三环结构最能代表数据。

富含铁的结构行星形成盘有多普遍？

除了太阳系，HD 144432似乎提供了另一个在富含铁的环境中形成行星的例子。然而，天文学家们不会就此止步。

“我们仍然有一些有希望的候选人等待VLTI进行更仔细的研究，”van Boekel指出。在早期的观察中，该团队发现了年轻恒星周围的许多圆盘，这些圆盘表明了值得重新考察的配置。然而，他们将使用最新的VLTI仪器揭示它们的详细结构和化学性质。最终，天文学家可能会弄清楚行星是否通常形成于靠近其母恒星的富含铁的尘埃盘中。