太阳系婴儿时期或许也是这个样?


  天文学家利用夏威夷两架望远镜的综合能力,拍摄了一组具有开创性、清晰的新图像,这是一个遥远的恒星系统,很可能类似于我们太阳系的婴儿版。利用斯巴鲁望远镜和wm凯克天文台,研究小组获得并分析了一颗名为LkCa 15的类太阳新星数据。

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  先前的研究使用先进的干涉测量方法,已经推断出有三颗年轻的行星围绕着这颗恒星运行。然而,对于这种方法来说,准确地确定行星与其他光源(如圆盘)的光量尤其困难。

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  斯巴鲁和凯克天文台的新数据似乎解开了这个谜;大多数被认为来自这三颗候选行星的光似乎来自一个由气体和尘埃组成的圆盘。该研究的主要作者、美国宇航局-埃姆斯研究中心(NASA-Ames Research Center)和斯巴鲁望远镜(Subaru Telescope)的天体物理学家塞恩居里(Thayne Currie)说:LkCa 15是一个高度复杂的系统。在分析凯克和斯巴鲁的数据,并给出相同的孔径遮蔽数据之前,还会得出结论,LkCa 15有三颗探测到的超级木星行星,该小组的研究结果将很快发表在《天体物理学快报》上。

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  LkCa 15周围清除区域的中心部分扩展视图,显示了两个重建图像的合成(蓝色:2.1微米,2010年11月;红色:3.7微米)用于LkCa 15。中心星的位置也被标记出来。图片:Kraus & Ireland

  LkCa 15被一个巨大由气体和尘埃组成的原行星盘所包围,而气体和尘埃是行星的组成部分。对这个圆盘的早期分析表明,它有一个巨大的空腔,里面的尘埃已经被耗尽这是一个明显的迹象,表明圆盘上的大部分物质已经被整合到正在发育的巨大行星胚胎中,或者称为“原行星”。虽然这项研究排除了非常明亮的超级木星行星,但更暗淡、质量更小的行星可能在LkCa 15星系中:可能是像木星和土星这样的行星。这个新生太阳系中的行星实际上可能比之前认为的更像我们自己的太阳系。

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  它们在某个地方,可能嵌入到磁盘中,研究结果是利用从Maunakea上互补仪器获得的LkCa 15系统的高分辨率图像得出。在斯巴鲁,研究人员使用了一种新的尖端行星成像仪器斯巴鲁日冕极端自适应光学(SCExAO)系统,该系统与CHARIS积分场摄谱仪耦合,以获得近红外波长的极其清晰图像。研究小组还利用凯克天文台强大的自适应光学系统和近红外摄像机(NIRC2),在年轻行星发出更多光的较长、热红外波长处获得了新的清晰图像。该团队还通过访问凯克天文台档案(KOA)获得了该系统的“前后”视图,以查找2009年以来LkCa 15的NIRC2数据,比新的SCExAO/CHARIS和NIRC2图像早了8年。

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  KOA是一个可公开访问的存储库,存储了天文台获得的所有高价值数据,由凯克天文台与加州理工学院的美国宇航局系外行星科学研究所(NExScI)合作运营。综合数据显示,LkCa 15周围的大部分光线来自一个扩展弧形结构LkCa 弧的亮度与之前LkCa 15附近行星的亮度相同。LkCa 15近10年前的KOA数据在了解这个行星系统方面发挥了独特作用。与凯克天文台和斯巴鲁望远镜的新数据相比,KOA的数据还表明,LkCa 15弧形结构发出的光在8年内是稳定的。这与一个固定、类似磁盘的结构相一致。没有KOA,就不可能知道这个关键事实。

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  凯克天文台/NIRC2 拍摄的类日恒星LkCa 15图像,图片:W. M. Keck Observatory

  凯克天文台首席科学家约翰奥米拉说:很高兴看到凯克和斯巴鲁的新数据与KOA的数据相结合。这一结果显示了KOA的重要性,也很好地展示了如何利用‘旧’数据进行新发现。该团队将继续在LkCa 15寻找原行星,因为它被广泛认为是研究行星形成的一流实验室。虽然找到这些被遮挡的行星并将它们的光从LkCa 清晰的道路。作为凯克行星成像仪和表征器(KPIC)项目的一部分,凯克天文台大幅提高了NIRC2的行星成像能力。该系统配备了一台新相机,可以更好地锐化LkCa 15和日冕仪等红色、微弱、遥远恒星的图像,从而更好地阻挡阻挡我们轻易看到行星的星光。

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  同样,SCExAO也在进一步升级,增加了更多的摄像头,以便更好地识别离恒星较近较暗的行星。这些增强可以让KPIC和SCExAO在LkCa 15星盘的背景下看到类似木星的行星在类似土星轨道上运行。在更远的将来,将在maunake30米望远镜(行星系统成像仪)上发射的SCExAO和KPIC的后继者,可以在火星到木星的类似轨道上成像并描绘LkCa 15周围质量更小、颜色更暗的行星。日本国立自然科学研究院天体生物学中心主任、本研究的合著者田村元藏(Motohide Tamura)说:像SCExAO和KPIC这样最先进的行星成像仪器“为更好地理解行星系统的起源和演化,以及我们太阳系历史是普通的还是罕见的,打开了一扇门。

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