ALMA以前所未有的细节看待Fomalhaut恒星系统

Fomalhaut星系的综合图像。ALMA数据以橙色显示，以前所未有的细节揭示了遥远而偏心的碎片盘。中心点是恒星未解析的发射，大约是我们太阳质量的两倍。哈勃太空望远镜发出的光学数据为蓝色；较暗的区域是一个日冕掩膜，它过滤掉了中央恒星原本压倒性的光。

一个国际天文学家团队使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA），制作了围绕年轻恒星Fomalhaut的尘埃碎片环的第一张完整的毫米波图像。外层彗星在距地球25光年的行星系统外缘附近撞在一起的结果是，这种定义明确的瓦砾和气体带。

ALMA对Fomalhaut的较早观测（2012年当时仍在建造中）是在观测中发现，只有大约一半的碎片盘。尽管第一张图像只是对ALMA初始功能的测试，但它仍然提供了有关磁盘的性质和可能来源的诱人提示。

新的ALMA观测结果为这片炽热的碎片带提供了令人惊叹的完整视图，并且还暗示了它的冰含量与我们自己太阳系中的彗星之间存在化学相似性。

“ ALMA为我们提供了完整形成的碎片盘的惊人清晰的图像，”麻省剑桥的哈佛-史密森尼天体物理学中心的天文学家Meredith MacGregor说，他是《天体物理学》上接受发表的两篇论文之一的主要作者期刊描述了这些观察结果。“我们终于可以看到盘的形状明确，这可以告诉我们有关其高度独特外观的潜在行星系统的很多信息。”

Fomalhaut是一个相对较近的恒星系统，是直接对行星成像的大约20个行星中的一个。整个系统大约有4.4亿年的历史，大约是我们太阳系寿命的十分之一。

Fomalhaut星系中碎片盘的ALMA图像。环距中心恒星约200亿公里，宽约20亿公里。中心点是恒星未解析的发射，大约是我们太阳质量的两倍。

正如新的ALMA影像所揭示的那样，距离恒星约200亿公里的区域形成了一条约20亿公里宽的冰冷明亮带。

碎片盘是年轻恒星周围的常见特征，代表了太阳系历史上一个非常动态和混乱的时期。天文学家认为，它们是由最近形成的行星系统外围不断发生的彗星和其他小行星碰撞而形成的。这些碰撞遗留下来的碎片吸收了其中心恒星发出的光，并以微弱的毫米波长辉光辐射了该能量，可以使用ALMA进行研究。

使用新的ALMA数据和详细的计算机建模，研究人员能够计算出磁盘的精确位置，宽度和几何形状。MacGregor指出，这些参数证实了这样的狭窄环很可能是由于系统中行星的引力影响而产生的。

ALMA的新观测结果也是第一个明确显示“重心辉光”的现象，这是主要作者玛格丽特·潘（Margaret Pan）在2016年的一篇论文中预测的现象，该论文是剑桥麻省理工学院的科学家，也是新ALMA论文的合著者。像所有轨道较长的天体一样，Fomalhaut圆盘中的尘埃物质在离恒星最远的地方传播较慢。当灰尘减慢时，灰尘堆积，在磁盘的较远部分形成更浓的浓度。ALMA可以将这些密集区域看作是更明亮的毫米波发射。

使用相同的ALMA数据集，但着眼于太空中分子自然发出的独特的毫米波信号，研究人员还在与碎片盘完全相同的位置检测到大量的一氧化碳气体。

“这些数据使我们能够确定Fomalhaut周围一氧化碳和二氧化碳的相对丰度与我们自己太阳系中的彗星中发现的丰度大致相同，”英国剑桥大学的卢卡·马特拉（LucaMatrà）说，他是该研究的主要作者。团队的第二篇论文。“这种化学亲缘关系可能表明该行星系统的最远距离与我们自身的彗星形成条件相似。”Matrà和他的同事们认为，这种气体要么是由于连续的彗星碰撞所释放，要么是超级彗星之间的一次巨大碰撞所产生的，其冲击力是海尔-波普的数百倍。

在Fomalhaut周围存在这个定义明确的碎片盘，以及其好奇的化学性质，这可能表明该系统正在经历其自身的晚期重轰炸，这是大约40亿年前的地球和其他行星被例行观测的时期。被太阳系形成后遗留下来的小行星和彗星群撞击。

“二十年前，最好的毫米波望远镜给出了绕Fomalhaut旋转的沙粒的第一张模糊图。现在，有了ALMA的全部功能，整个材料环都已经成像了。”加州大学伯克利分校的天文学家，这些观测的首席研究员Paul Kalas总结道。“有一天我们希望发现影响这些谷物轨道的行星。”

国家射电天文台是美国国家自然科学基金会的机构，由美国联合大学（Associated University，Inc.）共同合作经营。

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