ALMA揭示了Beta Pictoris附近碎片盘中的意外气体团块

研究人员使用ALMA望远镜在恒星Beta Pictoris周围的尘埃盘中发现了意外的一氧化碳气体团块。

NASA Goddard的Aki Roberge解释了智利Atacama大毫米/亚毫米阵列的观测如何告诉我们有关毒气，彗星群和Beta Pictoris周围的假想行星的信息。图像

一个由国际天文学家组成的小组研究了附近恒星周围的气体和尘埃盘，发现了由冰冷的类似彗星的物体之间持续不断的快速火力碰撞形成的致密有毒气体云。研究人员认为，这颗彗星群要么是两个像火星一样的冰冷世界之间坠毁的残余物，要么是被至今尚未见过的行星的引力所捕获和集中的冰冻碎片。

研究人员使用智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA），将来自尘埃和一氧化碳（CO）分子的毫米波长光映射到了明亮恒星Beta Pictoris周围的盘中。这颗恒星位于距我们约63光光年，只有2000万年的历史，拥有一颗最接近，最明亮，最年轻的碎片盘，这使它成为研究行星系统早期发展的理想实验室。

该画家的概念阐释了用于解释ALMA对Beta Pictoris观测的首选模型。在系统的外部边缘，一个假想的巨型行星（左下）的引力影响将彗星捕获到一个密集而庞大的群（右）中，在那里频繁发生碰撞。图像

“尽管对我们有毒，但一氧化碳是彗星和其他冰冷体中发现的许多气体之一，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心天体物理学家阿基·罗伯杰（Aki Roberge）说。“在一颗年轻恒星周围崎rough不平的环境中，这些物体经常碰撞并产生碎片，这些碎片释放出灰尘，冰粒和储存的气体。”

ALMA图像揭示了位于Beta Pictoris系统边缘的一氧化碳带。大部分气体集中在距恒星约80亿英里（130亿公里）的单个团块中，几乎是海王星与太阳之间距离的三倍。科学家们说，观测到的二氧化碳总量超过了2000亿吨，相当于地球海洋质量的六分之一。

所有这些气体的存在暗示着正在发生一些有趣的事情，因为紫外线星光在大约100年内分解了CO分子，这比主云完成绕恒星的单个轨道快得多。智利圣地亚哥联合ALMA办公室研究员Bill Dent说：“因此，除非我们在非常不寻常的时间观察Beta Pictoris，否则我们必须不断补充观察到的一氧化碳。”由Science Express在3月6日发布。

邓特和他的团队计算出，要抵消Beta Pictoris周围CO分子的破坏，必须每五分钟彻底摧毁一颗大彗星。只有异常庞大而紧凑的彗星群才能支持如此惊人的高碰撞率。

由于我们几乎从边缘观察了该盘，因此ALMA数据无法确定一氧化碳带在恒星的相对侧是具有单一浓度的气体，还是具有两种浓度的气体。进一步研究气云的轨道运动将澄清这种情况，但目前的证据支持两团论证。

在我们自己的太阳系中，木星的引力将成千上万的小行星困在两组中，其中一颗领先，另一颗跟随行星围绕太阳行进。同样，位于Beta Pictoris系统外围的巨型行星也可能将彗星围成一对紧密而庞大的群。

可以将Beta Pictoris周围的一氧化碳的ALMA图像（上方）进行投影（下方），以模拟俯视系统的视图，从而揭示其外围的大量气体。为了比较，显示了太阳系内的轨道的比例。图像

“详细的动力学研究正在进行中，但目前我们认为这颗猛烈的行星将围绕土星的质量，并位于CO带的内边缘附近，”共同作者，英国剑桥大学的天文学家Mark Wyatt说。

天文学家直接对一颗巨型行星Beta Pictoris b进行了成像，其质量比木星大了几倍，并且轨道更接近恒星。尽管一个巨大的行星形成多达10倍的距离是不寻常的，因为它需要守护巨大的彗星云，但假想的行星可能已经形成在恒星附近，并随着年轻盘的变化而向外迁移。

怀亚特解释说：“我们认为，当假想的行星向外迁移时，贝塔皮克托里斯彗星群就形成了，将冰冷的体扫入共振轨道。”当彗星的轨道周期以某种简单的比率与行星相匹配时（例如，每三个行星有两个轨道），彗星在每个轨道的同一位置受到行星的推动。就像定期推动孩子的秋千一样，这些加速度会随着时间的推移而放大，从而将彗星限制在一个较小的区域内。

但是，如果实际上发现气体驻留在单个团块中，则研究人员建议使用另一种方案。大约在一百万年前，两颗火星大小的冰行星之间的撞击是彗星群的原因，碎片之间频繁的持续碰撞逐渐释放出一氧化碳气体。

无论哪种方式，Beta Pictoris显然都可以讲述一个有趣的故事，而ALMA敏锐的视野将帮助天文学家更深入地探究这个故事。

出版物：W. R. F. Dent等人，“因Pictoris碎片盘中冰冷物体的破坏而产生的分子气体β团块”，《科学》，2014年； DOI：10.1126 / science.1248726

图片：NASA的戈达德太空飞行中心/ F。雷迪; ALMA（ESO / NAOJ / NRAO）和NASA Goddard / F。雷迪