巨型行星和彗星在HD 163296周围的星际盘中作战

在今天出现在天体物理学杂志上的一项研究中，INAF领导的研究小组探讨了ALMA观测所揭示的HD 163296磁盘的尘埃和气体分布的异常特征是否可能来自巨行星与星子的相互作用，这是一个组成部分。先前下落不明的磁盘。

由形成恒星的恒星周围的气体和尘埃组成的星际盘是行星诞生的环境。它们的尘埃提供了行星开始生长的建筑材料，并且由于其被纳入行星体，其丰度预计会随着时间的推移而下降。自从它首次出现在HL Tau周围的恒星盘的明亮同心环的图像以来，ALMA通过揭示其气体中广泛存在的大量小型结构(间隙，环和螺旋臂)，彻底改变了我们对星周盘的看法。它们中的大多数被认为与年轻行星的存在有关，并且由于它们的引力与周围环境的相互作用而产生。

在ALMA观察到的最好研究的圆盘中，围绕着HD 163296，一颗5 Myr的恒星，大约是太阳质量的两倍。HD 163296的磁盘既庞大(略小于太阳质量的十分之一)又宽(大约500 AU，是太阳系中柯伊伯带的外边界的两倍)，并且已被提议至少有三个行星的质量是天王星和木星的两倍。ALMA的最新观察结果允许HD 163296磁盘的结构在空间上和成分上表征到之前无法想象的水平，并显示该磁盘中的灰尘仍然非常丰富(超过地球质量的300倍)，尽管它已经老化并且已经生产出来了至少有三个巨行星。同样的观察也揭示了一些奇怪的尘埃行为'

由于其与气体的耦合和摩擦，预计灰尘将从盘的外部区域向内迁移，但是预计它也会在大规模行星的迁移中停止。由于这种向内流动，灰尘应该从HD 163296最内层行星内部的区域随时间消失。同时，来自盘外部区域的灰尘应该堆积在第二和第三行星的轨道之外。ALMA的观察显示，第一颗行星内部以及第一颗行星和第二颗行星之间的区域具有整个磁盘中最高浓度的灰尘。在今天出现在天体物理学杂志上的一项研究中一组研究人员探讨了这些异常特征是否可能是由于巨行星与以前未计算的磁盘成分之间的相互作用而产生的：星子。

“从对太阳系的研究中我们知道，像HD 163296这样的成熟星际盘不仅仅由气体和尘埃组成，而且还包含一小部分与我们的小行星和彗星类似的小行星物体”，Diego Turrini解释说。意大利国家天体物理研究所(INAF)空间天体物理学和行星科学研究所(IAPS)的研究和研究员。“我们也知道巨行星的出现会影响这些行星，因为它们在轨道演化过程中会产生短暂但强烈的动力激发峰值，虽然从行星系统的长寿命角度来看很短，但可以具有可比的持续时间。对于星际盘的生命，“特里尼说。

从上方和侧面看到的隐藏在HD 163296的星际盘中的冰柱星盘。这些年轻的巨行星迅速创造出大量的外星人，作为其他身体的高速射弹。图片来源：D。Turrini(INAF-IAPS)

该团队想知道HD 163296的年轻巨行星与无形的星子之间的这些相互作用是否会产生观测到的尘埃分布异常。他们所进行的模拟表明，在三颗巨行星的生长过程中，周围的星子群体中越来越大的部分被注入非常偏心且非常倾斜的轨道上，类似于太阳系中的彗星。“这种动态激发的主要结果是在星子之间发生了更高的暴力碰撞率，”帕多瓦大学教授，该研究的共同作者Francesco Marzari解释道。

当他们通过碰撞模型分析动力学模拟的结果时，研究小组发现，在巨行星接近他们的最终质量之前，星子之间的碰撞仍然相当平缓，但随后它们在暴力中迅速增长百倍，并开始研磨星子。“这些剧烈碰撞补充了盘中的尘埃，”Marzari说道。“然而，这个过程产生的新尘埃与原始尘埃的轨道分布不同，主要集中在两个地方：第一个巨人内的轨道区域行星和第一个和第二个巨行星之间的环。“ ALMA的观察结果显示与理论预期的差异最大的两个地区。

该小组发现，由三个巨行星的出现引起的动态激励应该仍然在HD 163296磁盘中嵌入的星子上发挥作用。作者还发现，由此产生的持续碰撞产生的尘埃能够在这两个轨道区域内注入数十个大量的尘埃，这也从定量的角度解释了ALMA的观测结果。“到目前为止，只有通过模拟才能在星际盘中研究这种过程，”Turrini说。“感谢ALMA，我们现在可以研究它，并在行星形成和周围环境之间的相互作用中学到很多东西。”

“ALMA提供有关HD 163296的新数据和更详细数据的快速率使我们能够将我们的研究扩展到其原始范围之外，”Danai Polychroni解释说，该研究的合着者，当时的阿塔卡马大学教授和INAF-IAPS的兼职研究员。“我们注意到许多星子对于盘状周围气体的超音速速度感到兴奋，并且可以产生可以加热微星和气体的冲击波。虽然我们还不能详细地对这个过程进行建模，但是最近的观察结果显示出了意想不到的存在。 CO气体的区域特征是温度应该是冷冻固体和盘的热结构可能的异常。原则上，这两个发现都可以

“这项研究是作为一个探路者项目开始的，旨在探索由新形成的巨行星引起的动力激发是否能够产生可观察到的影响。因此，我们只是触及了这一过程的表面及其影响，”莱昂纳多·特斯蒂说道，该研究的作者和欧洲南方天文台ALMA支持中心负责人和INAF休假研究员。“尽管如此，其物理食谱很简单：巨大的行星在形成盘，星子鉴于可能年轻的普遍特征巨行星我们正在与ALMA并造成其外观的动态效果的延长时间发现，我们可能会寻找对于星际盘中非常常见的过程。“

“由Diego Turrini领导的工作背景是GENESIS协同作用的支柱之一，”由INAF资助的GENESIS-SKA项目的首席研究员Claudio Codella(INA​​F-Osservatorio Astrofisico di Arcetri)解释道。“GENESIS-SKA(www.genesis.inaf.it)是一个国家项目，8个INAF研究所的60多名研究人员与总体目标密切合作，研究有利于类似于我们太阳系的行星系统兴起的条件。 “。

“这个项目的结果，”Codella补充道，“对于研究位于行星将形成的区域以及可能的大气中的气体的化学成分也将具有极其重要的意义。”