Rogue的星系统画廊揭示了系外行星的苗圃

这张图显示了由双子座行星成像仪(GPIES)捕获的年轻恒星周围的尘埃环。这些环显示出不同的形状和大小，在天空中不同的投影使其更加极端。(加州大学伯克利分校，托马斯·埃斯波西托拍摄)

天文学家本月发布了大量关于年轻恒星周围的碎片盘的清晰、详细的图片，展示了恒星系统在行星形成初期的各种形状和大小。令人惊讶的是，几乎所有的证据都显示有行星存在。

这些图像是在4年的时间里通过安装在智利8米高的双子座南方望远镜上的精密仪器——双子座行星成像仪(GPI)获得的。GPI使用了最先进的自适应光学系统来去除大气模糊，提供了许多磁盘到目前为止最清晰的图像。

地面仪器像谷歌,正在升级进行类似的观测双子座北的北方天空望远镜在夏威夷,可以与怀疑一种屏幕恒星残骸磁盘来确定价值目标的更强大,但是价格昂贵,望远镜发现的行星——特别是,宜居行星。未来几十年，巨型麦哲伦望远镜和超大望远镜等20米、30米和40米望远镜将上线，而轨道运行的詹姆斯·韦伯太空望远镜预计将于2021年发射。

“这是往往更容易比行星探测过磁盘,所以你发现灰尘,然后你知道点你的詹姆斯韦伯太空望远镜或罗曼太空望远镜在这些系统中,减少的数量恒星必须筛选找到这些行星首先,“汤姆·埃斯波西托说,加州大学伯克利分校的博士后研究员。

埃斯波西托在6月15日发表在《天文学杂志》上的一篇论文中是第一作者。

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的磁盘碎片图像的柯伊伯带在我们的太阳系中,寒冷的领域约40倍比地球离太阳更远——海王星轨道之外的,充满岩石、灰尘和冰从未成为任何行星在太阳系的一部分。来自“带”的彗星——由冰和岩石组成的球——周期性地横扫太阳系内部，偶尔会对地球造成破坏，但也会带来与生命有关的物质，如水、碳和氧。

动画的太阳系和它的冰尘环，柯伊伯带，类似的尘埃盘和周围26个年轻的恒星。这些恒星和它们的尘埃盘是用安装在智利的双子南望远镜上的双子行星成像仪观测到的。(视频由亚利桑那州立大学和GPI团队提供)

在双子座行星成像仪(GPI)获得的26幅碎片盘图像中，有25幅在中央恒星周围有“洞”，可能是行星扫过岩石和尘埃而形成的。这26人中有7人以前不为人所知;其他19张的早期图像不如GPI的图像清晰，而且经常无法探测到内部黑洞。这次调查使如此高分辨率成像的碎片盘数量增加了一倍。

“我们发现的一件事是，这些所谓的圆盘实际上是内部有空隙的环，”埃斯波西托说，他也是加州山景城SETI研究所的研究员。“GPI能清楚地看到靠近恒星的内部区域，而在过去，通过哈勃太空望远镜和旧的地面设备，无法近距离观察到恒星周围的黑洞。”

GPI包含了一个日冕仪，可以阻挡来自恒星的光线，使它可以近距离地看到恒星一个天文单位(AU)，也就是地球到太阳的距离:9300万英里。

GPI的目标是104颗在红外光下异常明亮的恒星，这表明它们被反射恒星光线的碎片所包围，或者被恒星加热。该仪器记录了由小尘埃粒子散射的偏振光，大小约为千分之一毫米(1微米)，很可能是碎片盘中较大岩石碰撞的结果。

双子座行星成像仪调查显示了26个环绕恒星的圆盘中的6个，突出了这些圆盘形状和大小的多样性，并展示了恒星系统形成时期的外部范围。(图片由国际双子座天文台、NOIRLab、NSF、AURA和加州大学伯克利分校的Tom Esposito拍摄。图像处理的Travis Recto，阿拉斯加大学安克雷奇，Mahdi Zamani和Davide de Martin)。

“几乎这么大的年轻碎片圆盘还没有系统的调查，用同样的仪器，使用同样的观察模式和方法，”埃斯波西托说。“我们发现了26个碎片磁盘，数据质量非常一致，我们可以真正比较观察结果，这在碎片磁盘调查中是独特的。”

这7个以前从未以这种方式拍摄的碎片盘是13个围绕着一起穿过银河系的恒星的圆盘之一，它们是天蝎座-人马座恒星协会的成员，距离地球100到140秒差距，或约400光年。

“这就像一个完美的钓鱼地点;我们的成功率比我们做过的任何事情都要高，”该论文的第二作者、加州大学伯克利分校的天文学副教授保罗·卡拉斯说。因为恒星周围所有的七个都出生在同一地区在大致相同的时间,”这个群体本身就是一个mini-laboratory可以比较和对比许多行星的架构苗圃发展同时在一系列的条件下,我们真的didn’t之前,”埃斯波西托说。

在观察到的104颗恒星中，75颗恒星没有GPI能够探测到的圆盘大小或密度，尽管它们很可能被行星形成时遗留下来的碎片所包围。另外三颗恒星被观察到拥有属于早期“原行星”演化阶段的磁盘。

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碎片盘的范围变化很大，但大部分在20到100 AU之间。这些恒星的年龄从数千万年到数亿年不等，这是行星演化的一个非常活跃的时期。大多数比太阳还要大，还要亮。

GPI image of dust ring, tilted relative to line of sight

围绕在恒星hr4796 A周围的一圈尘埃。它的轮廓分明的边缘暗示着一颗巨大的行星的存在，它正在将气体和尘埃扫进由冰封的岩石碎片组成的盘状物中，就像海王星塑造我们柯伊伯带的内缘一样。(图片由国际双子座天文台、NOIRLab、NSF、AURA和加州大学伯克利分校的Tom Esposito拍摄。图像处理的Travis Recto，阿拉斯加大学安克雷奇，Mahdi Zamani和Davide de Martin)。

这颗名为HD 156623的恒星，在碎片盘的中心没有一个洞，是该星系中最年轻的一颗，这符合行星形成的理论。最初，原行星盘应该是相对均匀的，但随着系统的老化，行星逐渐形成，并在盘的内部展开。

“当我们看着年轻环绕恒星的磁盘,原生行星盘在进化的早期阶段,当行星形成时,行星或之前已经开始形成,有大量的气体和尘埃的地区我们发现这些孔老磁盘碎片,”埃斯波西托说。“随着时间的推移，一些东西已经移除了这些物质，其中一种方法就是行星

因为从碎片盘发出的偏振光理论上可以告诉天文学家尘埃的组成，埃斯波西托希望完善模型来预测其组成——特别是探测水，水被认为是生命存在的条件。

Kalas说，这样的研究可能有助于回答一个关于我们太阳系的悬而未决的问题。

环绕twa7星的星盘，是双子星行星成像仪观测到的26个星盘之一。(图片由国际双子座天文台、NOIRLab、NSF、AURA和加州大学伯克利分校的Tom Esposito拍摄。图像处理的Travis Recto，阿拉斯加大学安克雷奇，Mahdi Zamani和Davide de Martin)。

“如果你把我们太阳系的时钟拨回45亿年，我们是哪个圆盘?”我们是狭窄的圈子，还是模糊的一团?”他说。“如果能知道我们当时的样子，从而了解我们的起源，那将是一件很棒的事情。”这是一个巨大的未解之谜。”

超过100名研究人员参与了GPI和系外行星调查，超过35名研究人员参与了碎片盘调查。这项工作得到了美国国家科学基金会(AST-1518332)、美国国家航空和航天局(NNX15AC89G)和NExSS的支持，NExSS是一个由NASA科学任务理事会(NNX15AD95G)资助的研究协调网络。国际双子座天文台由美国国家科学基金会的国家光学红外天文学研究实验室(NOIRLab)运营美国、加拿大、智利、巴西、阿根廷和韩国。

其他合著者包括加州大学洛杉矶分校的迈克尔·菲茨杰拉德、加斯帕德·杜钦、尤金·蒋、伊恩·切卡拉和詹姆斯·格雷厄姆、加州大学伯克利分校的前研究员罗伯特·德·罗莎、梅根·安斯戴尔和弗兰克·马奇斯、前研究生马歇尔·佩兰和杰森·王，以及前本科生波琳·阿瑞加、贾斯汀·洪和马利娜·赖斯。

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