系外巨行星獵人：尋找塵埃盤

藝術家的渲染圖描繪了系外巨行星導致塵埃盤中小型天體碰撞。

圖源：NASA/JPL-Caltech

還沒有一張天體圖能展示隱藏在我們銀河系中數以億計的所有太陽系外行星——與其恆星相比，系外行星遙遠而昏暗，很難找到。現在，尋找新世界的天文學家已經為系外巨行星設立了可能的路標。

一項新的研究發現，運行軌道遠離恆星的系外巨行星，在擁有塵埃和碎片盤的年輕恆星系中更易被發現。這項發表在《天文學期刊》（The Astronomical Journal）上的研究，重點關注了質量比木星大五倍以上的行星。該研究對象是迄今為止擁有塵埃碎片盤的最大的恆星，並找到了最佳證據，證明系外巨行星負責維持控制著這些塵埃和碎片盤。

該研究主要作者，加州帕薩迪納市IPAC/加州理工學院助理研究科學家Tiffany Meshkat說：「我們的研究對未來的任務，應該如何安排哪些觀測的行星具有重要意義。」Meshkat以博士後研究員身份在位於帕薩迪納的NASA噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）進行此項研究。「通過直接成像我們已經在擁有塵埃盤的恆星系統中發現了很多行星，現在我們知道這些塵埃可能是那些未知世界的指示燈。」

天文學家發現，在擁有塵埃盤的恆星系中找到長周期巨行星的可能性是那些沒有塵埃盤恆星系的九倍。加州理工學院研究生Marta Bryan通過統計學分析得出這一結論。

研究人員對NASA斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）觀測得到的130個擁有塵埃盤的單星系統的數據進行整合，然後與277顆沒有塵埃盤的恆星進行比較。兩組恆星系的年齡在幾百萬年到十億年之間。在有塵埃盤的130顆恆星中，尋找找系外行星，其中有100顆曾經被搜尋過。作為該研究的一部分，研究人員利用夏威夷的凱克天文台（W. M. Keck Observatory）和智利的歐洲南方天文台（European Southern Observatory）的甚大望遠鏡（Very Large Telescope），對剩餘30顆恆星進行了觀測。他們並沒有在這30顆恆星系中發現任何新的行星，但這些新增數據可以幫助研究人員描繪出擁有塵埃盤的恆星系中行星的豐富程度。

這項研究並沒有直接解決為什麼系外巨行星會造成塵埃盤的形成的問題。研究作者認為，巨行星的強大引力可能會使被稱為星子的小型天體激烈碰撞而不是形成正常的行星，從而成為塵埃盤的一部分保留在軌道上。

論文的共同作者，加州理工學院天文學副教授和JPL高級研究員，Dimitri Mawet 表示：「在這些恆星系中，我們很可能找不到小行星，因為在早期，這些巨行星摧毀了構成岩石行星的成分，讓它們以高速相互碰撞，而不是溫和的結合在一起。」

另一方面，系外巨行星比岩石行星更易被發現，所以有可能在這些恆星系中還有一些岩石行星尚未被發現。

我們的太陽系也有氣體巨行星造成的「碎片帶」—由木星造成的位於火星和木星之間的小行星帶，以及由海王星造成的柯伊伯帶（Kuiper Belt）。Meshkat和Mawet研究的很多恆星系也都有兩條塵埃帶，但它們都比我們太陽系年輕--相比於我們已經45億年的太陽系，這些恆星系最多只有10億年。這些恆星系的年輕，部分解釋了為什麼它們比太陽系包含更多由小型天體碰撞而形成的塵埃。

在這項研究中討論的一個恆星系統是繪架座Beta（Beta Pictoris），它已經被地面望遠鏡直接拍攝成像。該恆星系有一個塵埃盤，一些彗星和一顆已被證實的行星。事實上，在被證實其存在前，科學家就根據繪架座Beta的顯著塵埃盤的存在和結構準確預測了這顆行星的存在。

另一種情況是，在單個塵埃盤中存在兩個塵埃帶，這表明該恆星系統中可能有更多引力能維持這些塵埃帶的行星存在，例如擁有四顆巨行星的HR8799恆星系。巨行星的引力推動彗星向內飛向恆星，就像大約40億年前我們太陽系經歷過的被稱為後期小行星衝撞期（Late Heavy Bombardment）的階段。科學家認為，在那段時間內，木星，土星，天王星和海王星的運動使塵埃和小型天體偏移到了我們今天看到的柯伊伯帶和小行星帶。當太陽還年輕時，我們的太陽系應該充斥著更多的塵埃 。

來自JPL的Karl Stapelfeldt，同時也是NASA太陽系外行星探索項目辦公室首席科學家，該項目的共同作者，他表示：「通過向天文學家展示，像NASA的詹姆斯韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）等任務未來在哪裡最有可能找到系外巨行星，這項研究為以後的發現鋪平了道路。

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（作者：Elizabeth Landau 編輯：Tony Greicius 翻譯：雨曦 校核：Sherry）

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