搜寻系外行星有了新线索！天文学家破解S形怪盘之谜

交汇点讯恒星系统里的碎屑盘为何有着奇特造型？这是否意味着系统内部隐藏着未被发现的行星？中国科学院南京天文光学技术研究所主导的星冕仪科学团队，利用高性能GPU加速N体模拟技术，成功破解了这些谜题，为人类寻找系外行星提供了重要线索。近日，相关成果刊发于国际天文学期刊《天体物理杂志快报》。

上图：VLT望远镜SPHERE仪器观测到的HD110058碎屑盘结构。中图：根据N-body仿真结果得到的散射光合成图像。下图：N体仿真得到的星子分布。

S形怪盘之谜碎屑盘是行星形成后的“残余物集合”，由尘埃和星子组成，类似太阳系的小行星带和柯伊伯带。此前，科学家通过天文望远镜观测发现，许多碎屑盘并不像唱片那样平整，反而会出现弯曲、偏心等奇特结构，这令科学家们猜想，系统中可能隐藏着未被发现的行星。然而，传统的动力学模型既无法解释“怪盘”形成之谜，也无法证明“隐形行星”假说。星冕仪团队认为，这也许是因为传统模型只考虑中心恒星和行星的引力，却忽略了碎屑盘的质量和自引力，导致理论预测与实际观测存在偏差。为此，窦江培研究员带领的星冕仪科学团队将目光投向了年轻的恒星系统HD 110058，其碎屑盘呈现出S形弯曲结构。他们以此为研究对象，构建了包含一颗轨道倾斜的内行星（即未被直接观测到的“隐形行星”）和大量星子的碎屑盘模型。自引力是“塑形关键”此次研究的核心发现，就是首次证明：碎屑盘自身的引力是其形成弯曲结构的决定性力量。

通过模拟技术，研究人员发现，碎屑盘内的星子等物质之间存在着引力相互作用，这种自引力会维持盘的基本形态，促使整个碎屑盘像旋转的陀螺一样整体进动。

与此同时，“隐形行星”也持续产生引力扰动。在自引力让碎屑盘“抱团”运动的前提下，这种扰动只需约50万年，就能将整体运动的碎屑盘扭成明显的弯曲结构，而且这一结构能长期维持准稳定状态。

团队根据模拟结果生成的图像，成功复现了天文学家通过天文望远镜在HD 110058系统中观测到的独特S形弯曲特征。这不仅破解了HD 110058系统的形态谜题、强调了在碎屑盘研究中考虑自引力以及质量的必要性，也有力支持了该系统内部存在一颗未被发现的倾斜行星的假说，为搜寻系外行星提供了重要的动力学线索。

碎屑盘是中国空间站巡天空间望远镜CPI-C星冕仪的重要观测目标，该研究成果也为CPI-C观测目标选取、特色科学研究奠定了重要理论基础。

新华日报·交汇点记者蔡姝雯

扫码下载

扫码关注

扫码下载

交汇点新闻APP