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May. 11 2023

韋伯揭示北落師門前所未見的內層盤

  • 由韋伯中紅外成像-光譜儀(MIRI)所拍攝圍繞著北落師門的殘屑盤影像,顯示了三個嵌套帶,從恆星延伸到230億公里。右側突顯出來的巨大塵埃雲為紅外波段影像,分別為23微米和25.5微米。圖片來源:NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona)。影像處理:A. Pagan (STScI)。

    由韋伯中紅外成像-光譜儀(MIRI)所拍攝圍繞著北落師門的殘屑盤影像,顯示了三個嵌套帶,從恆星延伸到230億公里。右側突顯出來的巨大塵埃雲為紅外波段影像,分別為23微米和25.5微米。圖片來源:NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona)。影像處理:A. Pagan (STScI)。

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天文學家使用韋伯遠鏡拍攝北落師門周圍溫暖的塵埃,發現這些塵埃結構比太陽系的小行星和柯伊伯帶(Kuiper belt)要複雜得多,三個嵌套帶從恆星延伸至230億公里,這是地球到太陽距離的150倍,最外層塵埃盤的規模約是柯伊伯帶的兩倍,而前所未見的內層盤,則由韋伯首次揭示。

北落師門位於南魚座,是秋季南天中最明亮的一顆星,距離太陽約25光年。塵埃盤是較大天體碰撞產生的碎片,類似小行星和彗星,常被稱為「殘屑盤」。研究人員表示北落師門有類似於我們行星系統的成分,若能拍攝到足夠深的照片,透過觀察這些環,將有助於勾勒出一個行星系統的樣子。之前哈伯、赫歇爾太空望遠鏡及阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)都曾拍攝過最外層盤的清晰影像,但卻從未發現其內部有任何結構。韋伯首次用紅外光看到了這些內部區域灰塵產生的熱輝光。

哈伯、ALMA和韋伯望遠鏡正合作對一些恆星周圍的殘屑盤進行全面的觀測。研究團隊表示借助哈伯和ALMA可以對類似柯伊伯帶的物體進行成像,我們已經了解大量關於外盤如何形成和演化的訊息,但仍需要韋伯對小行星帶成像,以了解這些圓盤內部的溫暖區域。這些塵埃盤很可能是由看不見的行星產生的引力雕刻而成的,如同太陽系內部,木星包圍著小行星帶,柯伊伯帶的內緣由海王星塑造,而外緣則可能由小行星帶之外尚未發現的天體所包圍。透過韋伯拍攝到更多的系統,將使我們可以更加了解其行星的配置。

北落師門的塵埃環於1983年由紅外線天文衛星(IRAS)觀測時發現。研究人員認為這顆恆星周圍可能有一個非常有趣的行星系統,並且從未想過有第二個中間帶和更寬的小行星帶如此複雜的結構。這種結構非常令人興奮,因為當天文學家看到圓盤中的縫隙和環時,會認為可能有一顆嵌入的行星在塑造環!

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韋伯還拍攝稱之為「大塵埃雲」的影像,這可能是兩個原行星體在外環發生碰撞的證據,這與2008年哈伯首次在外環內發現的疑似行星不同,隨後哈伯在2014年發現該物體已消失。而合理的解釋是這個新發現的特徵與之前的特徵一樣,是由兩個冰冷的天體相互碰撞而產生非常細小的塵埃顆粒組成不斷膨脹的塵埃雲。

由韋伯中紅外成像-光譜儀(MIRI)所拍攝圍繞著北落師門的殘屑盤影像,顯示了三個嵌套帶,從恆星延伸到230億公里。右側突顯出來的巨大塵埃雲為紅外波段影像,分別為23微米和25.5微米。圖片來源:NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona)。影像處理:A. Pagan (STScI)。

由韋伯中紅外成像-光譜儀(MIRI)所拍攝圍繞著北落師門的殘屑盤影像,顯示了三個嵌套帶,從恆星延伸到230億公里。右側突顯出來的巨大塵埃雲為紅外波段影像,分別為23微米和25.5微米。圖片來源:NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona)。影像處理:A. Pagan (STScI)。

圍繞恆星原行星盤的想法可追溯到1700年代後期,當時天文學家伊曼努爾.康德(Immanuel Kant)和皮耶-西蒙.拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)提出星雲假說,太陽和行星由旋轉的氣體雲形成,這些氣體雲由於重力而坍塌變平,隨著行星的形成和系統中原始氣體的擴散,殘屑盤隨後形成。像小行星這樣的小天體正在發生災難性的碰撞,並將其表面粉碎成巨大的塵埃雲和其他碎片。對其塵埃的觀察為系外行星系統的結構提供了獨特的線索,可以延伸至地球大小的行星甚至小行星,因這些行星太小而無法單獨被看到。相關研究成果發表於《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊上。(編譯/趙瑞青)

 

資料來源:NASA

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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