天文学家利用回波来测量原行星盘

此图显示了一颗被原行星盘围绕的恒星。来自厚圆盘的物质沿着恒星的磁力线流动，并沉积在恒星的表面上。当物质撞击恒星时，它会明亮地点亮。

天文学家利用来自NASA的Spitzer太空望远镜和四台地面望远镜的数据，确定了从恒星到其周围原行星盘内缘的距离。

假设您要测量一个房间的大小，但是它完全是黑暗的。如果您大喊大叫，则可以根据墙壁回弹后听到回声所需的时间来判断您所在的空间相对较大还是较小。

天文学家利用这一原理研究距离如此之遥的物体。特别是，研究人员对计算年轻恒星与其周围的原行星盘内边缘相距多远感兴趣。这些气体和尘埃的磁盘是数百万年来行星形成的场所。

“了解原行星盘可以帮助我们了解一些有关系外行星的神秘事物，系外行星太阳系中的行星，”图森亚利桑那大学的博士后研究助理Huan Meng说。“我们想知道行星是如何形成的，为什么我们在靠近恒星的地方找到称为'热木星'的大型行星。”

孟是《天体物理学杂志》上发表的一项新研究的第一作者，该研究使用了NASA的Spitzer太空望远镜和四台地面望远镜的数据来确定从恒星到其周围原行星盘内缘的距离。

天文学家可以使用光回波来测量从恒星到其周围的原行星盘的距离。该图说明了光回波的时间延迟如何与恒星与磁盘内边缘之间的距离成比例。

进行测量并不像在照片上放置标尺那样简单。这样做就像在计算机末尾使用计算机屏幕上的卫星照片来测量时间段的宽度一样，是不可能的。

相反，研究人员使用了一种称为“光混响”的方法，也称为“光回声”。当中央恒星变亮时，某些光线撞击到周围的磁盘上，从而导致延迟的“回声”。科学家测量了光直接从恒星到达地球并等待其回波到达所花费的时间。

由于爱因斯坦的狭义相对论，我们知道光以恒定的速度传播。为了确定给定的距离，天文学家可以将光速乘以光从一个点到达另一个点所花费的时间。

为了利用该公式，科学家需要找到具有可变发射的恒星，即以无法预测的不均匀方式发射辐射的恒星。我们自己的太阳具有相当稳定的发射，但是一颗变星将产生独特的，可检测的辐射变化，这些变化可用于拾取相应的光回波。具有可变发射的年轻恒星是最佳候选者。

在这项研究中使用的恒星称为YLW 16B，距地球约400光年。YLW 16B的质量与我们的太阳大致相同，但与我们46亿岁的恒星相比，它在一百万岁时只是个婴儿。

天文学家将Spitzer数据与地面望远镜的观测结果相结合：亚利桑那州基特峰国家天文台的Mayall望远镜；智利的SOAR和SMARTS望远镜；和墨西哥的Harold L. Johnson望远镜。在观察的两个晚上中，研究人员发现恒星发射与其周围盘中回波之间存在持续的时间差。地面天文台探测到直接从恒星发出的较短波长的红外光，而斯皮策则从圆盘的回声中观察到较长波长的红外光。由于厚厚的星际云遮挡了地球的视野，因此天文学家无法使用可见光来监视恒星。

然后研究人员计算出该光在这段时间内必须传播了多远：大约0.08天文单位，大约是地球与太阳之间距离的8％，或者是水星轨道直径的四分之一。这比先前使用间接技术得出的估计值略小，但与理论预期相符。

尽管此方法不能直接测量圆盘的高度，但研究人员能够确定内边缘相对较厚。

以前，天文学家曾使用光回波技术来测量超大质量黑洞周围物质的吸积盘大小。由于没有光从黑洞逸出，研究人员将吸积盘内边缘的光与吸积盘外边缘的光进行比较，以确定盘的大小。此技术还用于测量到吸积盘附近其他特征（例如灰尘和周围快速移动的气体）的距离。

虽然来自超质量黑洞的光回波代表了几天到几周的延迟，但科学家在这项研究中测得来自原行星盘的光回波仅为74秒。

Spitzer的研究标志着光回波方法首次用于原行星盘。

这项研究的合著者，密苏里州立大学斯普林菲尔德分校的助理教授彼得·普拉夫查恩说：“这种新方法可以用于其他年轻的恒星，在其周围形成盘状过程。”

研究报告的PDF副本：T Tauri恒星周围原行星吸盘的光混响映射