天文台快遞 | 明暗交錯的環帶揭示行星演化

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原行星盤中明暗交錯的環帶特徵可能源於系統存在三顆未曾發現的行星，對於認識行星、太陽系的起源演化有重要科學意義。

」

HL Tau是距地球140 pc的一顆年輕恆星，由於其周圍存在一個原行星盤，HL Tau系統一直是毫米波天文觀測的熱點。

原行星盤是環繞在年輕恆星周圍，由相對較高密度的氣體和塵埃組成的氣體盤。原行星盤在分子雲坍縮過程中與年輕的恆星同時形成，並圍繞恆星旋轉，是行星系統的誕生地，主要成分是氣體，並含有少量塵埃。

2014年，Atacama Large Millimeter/submillimeter Array（ALMA）射電干涉陣觀測發布了針對HL Tau系統的科學測試觀測結果，表明該系統的原行星盤內存在多個明暗交錯的環帶。此項觀測結果是2014年國際天文學界的重大發現之一，並引起了公眾的廣泛關注。這是天文學家第一次得到原行星盤的高解析度圖像，其給出的結構特徵對研究行星系統的形成演化有重要意義，因為我們太陽系的行星系統就是誕生於和HL Tau系統類似的原行星盤中。

更為重要的是，HL Tau系統內明暗交錯的環帶與理論上由類木行星在氣體盤中打開的空帶（gap）相符。這些觀測到的明暗環帶究竟是什麼，它們又是如何形成的呢？

「哈勃」拍攝的HH150

科研人員首先基於原行星盤內行星與氣體、塵埃相互作用的模型，開展了幾十組數值模擬計算，並考慮輻射轉移過程計算了不同模型參數所對應的觀測圖像，最終給出了一組最佳擬合ALMA觀測數據的結果。

表明，三顆位於13.1，33.0和68.6 AU處，質量分別為0.35，0.17和 0.26 木星質量的行星可以得到和ALMA觀測結果非常相符的毫米波圖像。研究人員根據ALMA的觀測結果限定了HL Tau原行星盤內的光譜指數與塵埃大小。

研究表明，觀測到的暗條紋屬於光學薄的真正空帶，而且這些空帶是在氣體盤和塵埃盤內同時存在的。研究結果揭示了以行星與原行星盤的相互作用是這些明暗交錯的環帶特徵的成因。這項工作不僅有助於人們深入理解HL Tau系統中原行星盤的演化和行星形成過程，對於認識我們太陽系的起源演化也有重要科學意義。

ALMA的觀測結果（左）

模型對應的模擬觀測（中)

模型與觀測的殘差（右）

The Astrophysical Journal (《天體物理學雜誌》) 2016年2月在線發表了中科院紫金山天文台研究員季江徽課題組與美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究員Li Hui課題組和美國Rice 大學Isella Andrea博士等合作關於HL Tau原行星盤的研究成果，該項研究基於行星與原行星盤中氣體、塵埃的相互作用的模型，揭示了Atacama Large Millimeter/submillimeter Array（ALMA）射電干涉陣觀測到的HL Tau原行星盤中明暗交錯的環帶特徵可能源於系統存在三顆未曾發現的行星，對行星系統的形成演化具有重要意義。

中國國家天文

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