巨型系外行星獵人：尋找塵埃盤

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尋找系外巨行星的新方法

在我們銀河系中那些數以億計的太陽系外行星都躲藏在哪裡呢？我們並沒有一張地圖可以將它們全都詳細標出——它們很難被找到，因為與它們的母星相比，它們實在是距離我們太遠也太黯淡了。不過現在，天文學家找到了一種新的方法可以作為尋找系外巨行星的指明燈。

一張藝術家描繪的想像圖，表現了星子在塵埃盤上因巨行星的強大引力而相互碰撞

圖片來源：NASA/JPL-Caltech

一項新的研究發現，軌道距離恆星較遠的那些巨行星更傾向於被發現在擁有塵埃盤的年輕恆星系統中。這項被發表在天文學期刊上的研究，主要關注那些大於5倍木星質量的行星。

「我們的研究對未來將要執行的任務（比如計劃觀測哪顆恆星）有很重要的意義，」 Tiffany Meshkat說，她是這項研究的主要作者以及在加州理工大學的助理研究科學家，她作為一名博士後研究員在帕薩迪納市的NASA噴氣推進實驗室研究此項目。「之前通過直接的成像我們已經在擁有塵埃盤的系統中發現了很多行星，而現在我們知道這些塵埃可以作為那些未知世界的指路燈。」

天文學家們發現，在擁有塵埃盤的的恆星系統中，找到長周期巨行星的概率是那些沒有塵埃盤的系統中的9倍。加州理工大學的研究生馬爾塔·布萊恩（Marta Bryan）通過分析數據得出了這個結論。

研究人員整合了130顆擁有塵埃盤的單星系統的數據，這些數據是由NASA斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）觀測得到的，然後把它們與227顆沒有塵埃盤的恆星做比較。這兩組恆星的年齡區間處在幾百萬年到一億年之間。在那130顆恆星中，有100顆在此之前對它們找尋過系外行星。作為研究的一部分，研究人員們用位於夏威夷的凱克天文台（W. M. Keck Observatory）和歐洲南方天文台（European Southern Observatory, ESO）的甚大望遠鏡（Very Large Telescope, VLT）繼續把剩下的那30顆也進行了調查。雖然他們在這些恆星系統中並沒有發現新的行星，但是這些增加的信息也可以幫助科學家們描繪出擁有塵埃盤的恆星系統中的行星之豐富。

這項研究並沒有直接解決為什麼系外巨行星會造成塵埃盤的形成。研究的作者認為可能是由於巨行星巨大的引力導致星子（就是很小的固態物體）的激烈碰撞而無法形成正常的行星，從而留在軌道上變成了塵埃盤的一部分。

「很有可能我們無法在這些恆星系統中找到小行星，因為這些巨行星摧毀了構建較小的岩質行星的基本成分（星子），使那些物質以高速互相撞擊而不是溫和地合併在一起。」這篇論文的合著者迪米特里·馬威特（Dimitri Mawet）說，他同時也是加州理工的天文學副教授以及噴氣推進實驗室（JPL）的高級研究員。

在另一方面，系外巨行星比岩質行星更容易發現，所以也有可能是因為這些系統中有些存在但是還未被發現的岩質行星。

我們的太陽系內就有氣態巨行星造成的「塵埃帶」——處在火星和木星中間被木星塑造而成的小行星帶，以及海王星造成的柯伊伯帶。

Meshkat和Mawet研究的大多數恆星系統也都像我們的太陽系一樣有兩條塵埃帶，但是它們也比太陽系年輕很多——這些恆星系統最古老的也只有10億年，而作為比較，太陽系現在的年齡已有45億年。由於這些恆星系統的年輕，這就部分解釋了為什麼它們比太陽系包含更多的塵埃——星子的碰撞導致的結果。

在這項研究中的其中一個恆星系統就是繪架座Beta。它曾經直接被陸基望遠鏡拍攝過。這個系統有一個塵埃盤，一些彗星以及一個經過證實的行星。事實上，科學家們早在證實之前就已經通過繪架座Beta顯著的塵埃盤的存在和結構準確地預測出了這顆行星的存在。

藝術家繪製的繪架座Beta的想像圖。

在另一個情境中，在同一個塵埃盤存在兩個塵埃帶表明了在這個恆星系統中可能會有更多可以導致形成塵埃帶的行星存在，比如說在HR8799系統中就含有4個巨行星。這些巨行星的引力向內拉著經過的彗星使它們更靠近恆星，就像40億年前我們的太陽系所經歷過的那樣——也叫做後期重轟炸期（the Late Heavy Bombardment）。

科學家們認為，在那段時間裡，木星、土星、天王星和海王星的移動使塵埃和星子偏移以聚集在我們今天看到的柯伊伯帶和小行星帶的位置。當太陽還很年輕的時候，在太陽系中也同樣充斥著很多塵埃。

作者：Elizabeth Landau

翻譯：王晴

校譯：魯瑞

編排：王晴

責任編輯：解仁江

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