北落师门的尘埃环带

在促使天文学家们赶回望远镜边，试图直接拍摄北落师门（Fomalhaut）周围的这颗行星的同时，还为残骸盘的研究提供了一块罗塞塔石碑。残骸盘是新恒星周围由岩石和冰块组成的薄盘，这些碎片在其中聚合形成行星。 “理论模拟已经暗示出这颗恒星周围一颗行星的微扰，但哈勃的这些直观图片才真正将北落师门带到了聚光灯下，”加州大学伯克利分校的天文学家保罗·卡拉斯（Paul Kalas）说。“对于寻找行星以及了解行星如何与残骸盘发生相互作用来说，这是一个令人兴奋的系统。” 北落师门，一颗距离仅25光年的恒星，质量约为太阳的2倍，仅有2亿岁——是太阳年龄的二十分之一。在我们的太阳系中，这个年纪正是重炮轰击的时期，当时小行星和彗星像雨一样砸向各个行星和卫星。 “当我们太阳系处于2亿岁的时候，这是个令人激动的时期，一个处于行星诞生到它们最终状态之间的过渡时期，”他说。“行星已经形成，但它们仍在清扫着数量巨大的小天体——那些在形成时期残留下来的小彗星和小行星。月球正在遭受这些物体的轰击，形成了我们今天所看见的环形山。火星正遭受着彗星的轰击，沉积着水份，所有行星的大气层都随着这些物体像雨一样地落下而发生着变化。我们的柯伊伯带就是那个时期残留下来的物质。” 我们无法直接研究如此久远的时期，他说，但是我们可以从其他恒星周围的年轻残骸盘中，获取有关这一时期的知识。卡拉斯和他的同事，加州大学伯克利分校的天文学教授詹姆斯·R·格雷厄姆（James R. Graham）和NASA哥达德太空飞行中心的马克·克莱姆平（Mark Clampin）将在2005年6月23日的《自然（Nature）》杂志上，公布他们的发现。红外线天文学家们在20多年前就首先检测到了恒星北落师门周围布满尘埃的残骸盘所发出的热量，但却只能靠推测来判断是否已经有行星从尘埃中凝聚而成。不过现在，天文学家小组能够利用哈勃的高新巡天相机获得足够清晰的图片，看清残骸盘锐利的边缘，找出行星的标志性痕迹。作为地球的一颗近邻和南天星座南鱼座（Piscis Austrinus）中最明亮的恒星，北落师门是这架相机的一个完美的观测目标。 “环带的边缘非常锐利，与刀刃一样——基本上就像刀切的一样，”卡拉斯说。“这与土星光环相类似，我们所见到的极其锐利的边缘是由小卫星塑造出来的，它们看管着光环，防止物质扩散开来。” 也许更明显的是，这个窄环的中心点并不与恒星重合，而是偏离了14亿英里（22.5亿公里）。开普勒的行星运动定律表明，处于椭圆轨道上相互绕转的天体位于椭圆轨道的焦点上，总是偏离椭圆的几何中心。观测到的环带偏心现象意味着，一颗处于高度偏心轨道上的行星打扫着盘中的尘埃，就像海王星和我们太阳系中更大的行星一样，它们已经在太阳周围的残骸盘中，清空出一个大洞，只留下一个遥远的、被称做柯伊伯带的岩石残骸环。 “我们说，偏心现象和锐利边缘合在一起，就是一个行星系统（存在）的有力证据，”卡拉斯说。北落师门（HD 216956）是哈勃望远镜聚焦其上寻找行星信号的少数拥有残骸盘的邻近恒星之一。其中两颗恒星，绘架座β和显微镜座AU，都难以勘查，因为它们都是侧面对着我们，卡拉斯说。侧面的视角遮挡了大部分残骸盘结构的细节。其他的恒星，例如织女星和北落师门，都不是侧向着我们，但它们太过明亮，以至于恒星的光芒掩盖了残骸盘结构的细节。不过，哈勃上三架新相机其中的一架拥有一台日冕仪，能够遮掩恒星，以高灵敏度和高分辨率拍摄周围区域的照片。对于北落师门来说，哈勃照片的分辨率约为0.5天文单位，即4700万英里（7500万公里）。一个天文单位是地球和太阳的平均间距，约为9300万英里（1.5亿公里）。 “高新巡天相机的日冕仪提供了高对比度，使得我们可以在北落师门极其明亮的光辉中看到环带结构，”克莱姆平说。“没有哈勃太空望远镜，这种观测现在在可见光波段是不可能完成的。我们能够利用哈勃检测到它，这一事实是意想不到，但又令人印象深刻的。” 这张北落师门周围残骸环的艺术画，显示了一颗在环内侧运行的假定行星。在这张图片中，背景恒星和星座被标示出来。这与我们在地球上看到的星空并不相同，因为北落师门距离太阳25光年。不过，星座仍然是可以辨认的。例如太阳，就是狮子座中的一颗明亮恒星。其他著名的恒星，比如半人马座α、天狼星和南河三都可以看见。Credit: NASA, ESA and A. Feild (STScI) 卡拉斯及其同事们利用哈勃望远镜，在2004年的五个月期间（5月17日、8月2日、以及10月27日），测绘了环带结构。这张哈勃图片清楚地显示出一条宽仅为25个天文单位（23亿英里，37亿公里）的窄环，从距离恒星133天文单位（120亿英里，199亿公里）的地方一直延伸到159天文单位处。相比之下，地球的柯伊伯带从30天文单位处的海王星轨道，向外延伸到了远超冥王星轨道的50天文单位处。 “尽管北落师门的环带与柯伊伯带相似，但它的直径要比柯伊伯带大了四倍以上，”卡拉斯说。“北落师门的尘埃环大小暗示，并非所有行星系统的形成与演化都是相同的——不同恒星的行星系统结构之间可能拥有相当大的差别。” 这条环带可能是由一颗或者多颗处于遥远轨道上的行星所产生的，根据模型，行星到恒星的距离可能介于50到70天文单位（47亿到65亿英里，75亿到105亿公里）之间，卡拉斯说。如果这颗行星的质量超过木星的五倍，那么观测小组可能就已经直接看到它了，未来的观测将有能力拍下木星大小的行星的图片。这个系统也是未来望远镜的一个引人注目的目标，比如NASA的詹姆士·韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope）和类地行星搜寻者（Terrestrial Planet Finder），他说。环的一侧没有被拍到，因为它延伸到了高新巡天相机的视场之外。天文学家们将在今年夏天再次利用哈勃绘制完整的环带。他们期待着补充的数据能够揭露出，环带中是否存在着由不可见天体的引力作用蚀刻出来的任何环缝。更长时间、更深入的曝光也许还能显示出，环带的直径是否比我们现在所看见的更加宽广。此外，天文学家们还将测量环的颜色，以测定它包括成份在内的物理性质。
< 1 > < 2 >

设为首页 | 加入收藏 | 广告服务 | 友情链接 | 版权申明