原行星盘诞生记:是她孕育了行星,可她又从哪里来?(10)

2023-04-29 来源:飞速影视
然而,行星形成并不是对环状亚结构的唯一解释。近年来,人们提出至少十多种不依赖行星的方式同样使气体盘中产生环状亚结构的理论,比如这可能同盘中不同气体成分在特定温度下凝华对应的雪线有关,抑或是由挥之不去的磁场造成的。不论何种原因,气体的不均匀性促使尘埃聚集,而这种尘埃的聚集则进一步在局部催生和加速了随后行星形成的进程。在这一框架下,亚结构不是行星形成的结果,而是成因和先兆。于是,我们陷入了鸡生蛋还是蛋生鸡的悖论中。
对于盘在形成极早期中呈现出的环状亚结构究竟是行星形成的因还是果,目前我们还不得而知。更多更精细的观测也许会为我们带来更多线索。也许是这些亚结构孕育出了第一代行星,它们进而产生了我们在成熟的盘中看到的更为丰富的亚结构?如果这一时期行星已经形成,或许将为我们关于行星形成的认识带来颠覆性的飞跃。
07 迷雾重重
关于盘的早期形成,人们研究的难点很大程度上在于盘被正在塌缩的包层围了起来,而包层中的沙尘暴,使得无论在观测还是理论方面的研究都迷雾重重。除前文重点讲述的内容之外,这里再简要列举几点。
早期的盘质量可能较大,从而诱发盘中的引力不稳定性。引力不稳定性的结果之一便是形成行星质量量级的团块,这是行星形成的另一套理论框架,可以在极短的时间内形成较大质量的行星。它在盘的早期形成和演化中起到怎样的作用?有哪些观测的表现?可否解释早期盘中的亚结构?
人们观测到以猎户座FU星为代表的一类年轻的原恒星能够在短时间(<1年)内亮度上升百倍,并维持至少数十年之久。由于这一时期原恒星的亮度很大程度来自盘的吸积,由此推断早期盘的吸积过程普遍存在间歇性的爆发。这种爆发的成因是什么?它对盘的演化和行星形成有什么影响?
最后,除了我们对太阳系外原行星盘的研究,事实上有更多信息来自太阳系内部。比如球粒陨石中的富钙铝难熔包体(Calcium-Aluminum-rich Inclusions)被认为是太阳系中最古老的物质,通常用以定义太阳系形成的时间零点(45.67亿年)。在物理上这一时间零点对应于怎样的过程?相当于原行星盘的哪个阶段?
应当说,原行星盘和行星形成是一门天文学中相对年轻的领域,而研究原行星盘的形成又是年轻领域中的新兴方向,有无尽的未解之谜。在未来,ALMA必将在观测方面继续发挥主导性作用,而中国作为核心成员国之一加入的正在建造中的平方千米阵列(Square Kilometer Array),由于其更长的波段(即穿透能力)和更强大的集光能力也将在几年后开启新的观测窗口。
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