摘自[中国天文科普网]
录入者:gohomeman1 | 时间:2019-01-19 21:30:21 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 |
原文标题：Young Planets Orbiting Red Dwarfs May Lack Ingredients for Life
原文作者：Glenn Schneider，Carol Grady；John Wisniewski，Patrick Kelly；Donna Weaver，Ray Villard
副标题：Giant Blobs of Material Are Clearing Out Star's Disk
来自：哈勃官网； 发表时间：2019.1.8
翻译：gohomeman1 审校：数星星的猫（编译版权所有，未经许可请勿转载）
2019.1.8：在银河系中，我们的太阳不是最普通的恒星类型；最常见的是红矮星，比太阳质量更小、也更冷的恒星。事实上，我们星系中大部分的行星居民，都是红矮星世界的成员，这个数量可是百亿级的。根据美国宇航局（NASA）的开普勒望远镜和其他巡天望远镜的观测，岩质行星通常围绕这些小恒星转。在其中的某些行星，其气候温度能保证表面存在大洋，从而也许能孕育生命。这当然是好消息，但坏消息是：这些行星的大多数，其表面没有水，也没有有机质——它们都是我们已知的生命必需物质。我们的地球，诞生之初也是个“干”行星，但是在后来的数十亿年中，来自外太阳系的无数彗星和小行星撞击到地球，带来了水和有机质。
但是，对美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的哈勃太空望远镜（HST）观测数据的最新分析表明，红矮星周围的行星，其诞生后可能一直是干燥的不毛之地。对生命必需的水和有机化合物，在它们抵达年轻的岩质行星之前，很可能就被吹走了。
哈勃拍摄的显微镜座AU，图像分别摄于2011.7.16、2017.10.19。对比图清晰显示了物质泡的运动。大图：1.6MB，版权：NASA，ESA；研究团队，下同。
本文的研究，基于哈勃和欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）对显微镜座AU（AU Mic）的令人惊讶的精准观测。显微镜座AU位于南天的显微镜座，离太阳32光年，天球坐标：赤经20时45分9.49秒，赤纬 -31°20′26.99″。题图由哈勃的太空望远镜光谱成像仪（STIS）获得，原图是单色的灰度图像，按惯例着色为蓝色，以便更好的显示图像效果。
AU Mic是一颗邻近的年轻红矮星，有着一个迅速消蚀的尘埃气体盘（学名拱星盘），行星就诞生于这类盘中。红矮星是星系中最常见的恒星，它们比太阳更小更暗，但是也长寿得多。
快速移动的气泡看起来正把物质粒子从显微镜座AU的气体盘中吹走。假如该盘继续以当前的速率流失物质，它大概只能维持150万年。在这么短的时间内，来自彗星和小行星的冰物质已被清理出盘面。彗星和小行星的重要性在于，它们据信是为地球这样的种子岩质行星提供水和有机化合物，而这些是生命的基础模块。假如这类输送系统是AU Mic的行星系统所必需的，那么这些行星最终将是尘埃遍地的“干”行星——对生命而言的不毛之地。
研究报告合作者、亚利桑那州图森市斯图尔特（Steward）天文台的格伦·施耐德（Glenn Schneider）解说：“我们知道，地球开始是‘干燥的’，有着炽热的熔融表面，然后在亿万年的演化中，吸积了水和其他冰物质，变得富含有机质，它们都是彗星和小行星从外太阳系搬来的。”
本项观测由诺曼（Norman）市俄克拉荷马（Oklahoma）州立大学的John Wisniewski 领导，团队成员包含来自美国和欧洲的14名天文学家。
ACS于2004年拍摄的拍摄的AU Mic，为拍摄到极为暗淡的拱星盘，中央恒星被星冕仪遮光。
显微镜座AU是极为年轻的红矮星，才2300万岁。如果它周围的活动，属于红矮星中行星诞生过程的典型过程，就将进一步减少我们星系中的宜居世界。此前的另一项观测发现，来自这颗年轻红矮星强烈而持续的紫外辐射，能快速剥离其周边行星的大气层。
当前的巡天观测表明，红矮星周围普遍存在类地行星。事实上，它们可能是我们银河系中最常见的成员，数量过百亿。在我们邻近的几个红矮星的宜居带中都已经发现了行星，但它们的物理属性大部分还是未知。
VLT和哈勃的太空望远镜成像摄谱仪（STIS）的观测显示，显微镜座AU的拱星盘被快速移动的物质泡划开，就像雪犁推过时微小的雪粒子四散飞扬一样——该过程可能把水和其他有机挥发物驱逐出拱星盘。研究者迄今还不知道，这些物质泡来自哪里。一种假说认为，骚动恒星的强烈物质喷发是物质泡的源动力，这种能量爆发现象在年轻的红矮星中很普遍。
研究报告合作者兼哈勃观测团队成员、加州奥克兰市尤里卡（Eureka）科学中心的卡萝尔·格雷迪（Carol Grady，女）接手解释：“这些观测意味着，红矮星周围可能缺乏含水的行星，因为随着拱星盘被犁开，运输水冰、有机质的小天体都被清除了。”
STIS和SPHERE拍摄的AU Mic拱星盘的对比图，特别标出了泡的运动。其中SPHERE摄于2014年。大图：910KB。
当代主流理论认为，40亿年前，地球是个相当干燥的行星。因木星、土星轨道外迁引发的后期重轰炸时期，受引力扰动的大量彗星和小行星，撞击到地球，从外太阳系给地球表面带来了巨量的水和有机物。Grady继续：“看起来（地球的）这个过程，并非所有行星系统都会经历。”
团队使用独立的方法、基于盘面的逃逸质量估算了盘的预期寿命，并与根据STIS光学图像计算的逃逸泡质量相比较。每个物质泡的质量约为十万分之四个地球，而整个盘的质量约为1.7个地球，此数据基于阿塔卡玛大型毫米/亚毫米射电阵列（ALMA）的测算。
虽然这些逃逸泡的质量貌似微不足道，但是其直径却堪比太阳到木星的距离（约5AU，即5个天文单位——日地距离平均值，译注）。团队当前点数出6个物质泡，不过这也可能是一个持续的外流过程。成群的物质泡能够相当迅速地清除拱星盘中的物质。
格雷迪接着说：“快速消散的盘面大大出乎我预想。根据我们此前对类太阳恒星等亮星周围拱星盘的观测资料，我们估计更暗的红矮星周围的行星盘，能够长期维持。然而本系统中，行星盘在红矮星不到2500万岁前就会完结。”她补充说AU Mic很可能最初也有一个含有小型冰天体的外缘盘，就像太阳系的柯伊伯带。假如盘面不被侵蚀破坏，它们将来也能为干燥的内盘行星提供冰物质。
哈勃天文学家在STIS摄于2010-2011年的光学图像中点算了泡的数量；进一步的观测由VLT的高分辨率光谱偏振法系外行星搜寻仪（SPHERE，详见 http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-10986-1.htm、http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-12158-1.htm），在近红外波段进行。而这些泡的特征，最早在2004年的地面望远镜图像中发现，然后由哈勃的高级巡天相机（ACS）于当年证实。
STIS拍摄的其中一个物质泡的放大图，本图摄于2018.7.26。大图：270KB。
由此，团队确认物质泡的外逸速率介于6km/s——18km/s之间，足以脱离红矮星的引力掌控（这个速度比太阳系的逃逸速度小很多，速度主要由光谱分析确定，译注）。当前这些物质泡离显微镜座AU主星的距离在15亿千米（10AU）到90亿千米（60AU）之间。
观测还揭示，这些物质泡不仅仅是尘埃碎片组成的巨球。哈勃望远镜放大解构了其中一个泡的结构，它包含拱星盘上方蘑菇状的“帽子”和盘面下复杂的“环”，施耐德对此解释：“这些结构能够提供线索以发现驱动泡的机制。”
施耐德感慨道：“AU Mic是理想的研究目标，它是当前已知的4个拥有拱星盘并且其中的尘埃正被辐射驱散的红矮星之一。其他几个已知行星系统的距离远6倍，对它们的盘面进行详尽研究就比显微镜座AU难度大得多了。”
无论如何，天文学家还是着手在另外几个行星系统中开始寻找类似活动的踪迹。Grady又说到：“观测表明，显微镜座AU并非特例。事实上，它只不过是离我们最近的此类系统，但没有理由说它是唯一的。”
对显微镜座AU的研究展示了行星盘环境对行星诞生和演化的重要性。Grady总结发言：“我们已知的是行星系统演化历史中，拱星盘好像是正常的必经过程。如果你对盘一无所知，就不可能很好的理解作为结果的行星系统”。
2019.1.8，第233届全美天文学大会（每年2届）在华盛顿州西雅图（Seattle）市召开，Grady在会上公布了团队的研究成果。
与本文相关以前的研究内容：http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-13617-1.htm
译注：哈勃最近故障不断，毕竟从2009年维修到现在已经9年多了，这次稳定期大大超过了前面几次，ACS于2002年安装，2007年出故障。就在1.9，WFC3也故障了，算上10月份刚刚发生的哈勃陀螺仪故障，看来质量保障期快到头了。美国本来宣传下一代望远镜JWST要在2016年发射，接替哈勃。以NASA不断跳票的惯例，当他们宣布2018年9发射的时候，我都怀疑能否实现。现在好啦，2020年估计也难（美国只需把少量军费用于宇宙研究，保证2019年就能发射了）。但是哈勃很可能等不到那天了。WFC3虽然于1.17又恢复了工作，但是这些设备毕竟都连续高负荷工作这么多年了……
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