Credits: Reta Beebe (New Mexico State University), and NASA |
一顆被認為有行星存在的恆星──繪架座β,它距離我們六十光年。天文學家從它翹曲的塵埃盤推論:那兒有行星。然而,有些天文學家則持有不同意見,認為星周盤的翹曲可能是由一顆路過的恆星或暗淡的棕矮星所造成。但是,從尋根究底,瞭解事實的角度來看,不論是由行星、恆星或棕矮星所造成,繪架座β不失為一個很好的研究對象,它可能揭示太陽形成的奧秘,以至年青行星系統的演化。
在哈勃太空望遠鏡第二代廣角行星攝影機於距離中心星大約七十億哩以外的空間裡──模糊的塵埃盤最外圍獲得了前所未見的精細影像,HST天文學家有理由相信,這巨大而薄薄的、翹曲的繪架座β塵埃盤可能是由它的伴星──棕矮星或一顆路經的恆星所造成。
雖然在這次發現之前,已經有其他HST天文學家小組在塵埃盤內圍看到了翹曲的現象,並且歸因於一些不可視行星所造成的引力效應。然而,新近的影像卻顯示了較外圍的塵埃盤也有翹曲,並且更難以行星效應來描述。
哥倫比亞特區華盛頓美國天主教大學(CUA)的弗雷德.布魯威爾(HST天文學家小組成員)表示:自從數億年前塵埃形成後,一顆鄰近恆星途經附近而造成了現時所看到的扭曲現象。現在,它也許遠離了一千光年,而他們也可能永遠不明白那顆星體造成。
然而,馬利蘭州巴爾的摩市太空望遠鏡科學院計算機科學股(CSC)的阿爾.舒爾特茨(HST天文學家小組領導人)卻較為相信這個翹曲現象是由一顆相距甚遠、繞著繪架座β運行的棕矮星所造成。
舒爾特茨及布魯威爾同意,現時的發現並不排除在繪架座β近距離處有一顆或以上的行星在運行。
以往哈勃的觀測,與及最近的STIS影像都顯示,塵埃盤的翹曲點與繪架座β大約相距八十天文單位(七億五千萬哩)。
其實早在一九九六年,太空望遠鏡科學院的克里斯.巴羅斯曾認為這翹曲現象可能是由一顆並不在盤面運行(公轉軸傾角較大)的巨大行星所造成,因此塵埃盤的另一邊的卻朝著反方向翹曲。
布魯威爾稱,新的哈勃影像顯示了很多新的跡像──這塵埃盤可能是繪架座β行星系統的外圍空間,更可能像是太陽系四十億年前的模樣。
巨大的塵埃盤似乎與太陽系相類似,至低限度,像是形成太陽系時的原始行星盤。現今太陽系的彗星也是來自太陽周圍相類似的空間──塵埃盤或被稱為彗星雲。
天文學家相信,太陽系形成於大約四十六億年前,所有氣體及塵埃急速地凝聚為一個扁平的盤狀結構,相當巨大的尺度,差不多是日地距離的二千萬倍,甚至延伸至最接近的恆星。那時候,塵埃及彗星的軌道位於塵埃盤的邊陲,很易受到鄰近恆星的微弱引力所影響而發生變化,最後這些恆星改變了塵埃盤的形狀,直至外圍的彗星形成為差不多球狀,或者更有可能甚至是欖球狀的暈(粵音運)──被稱為奧爾特雲(Oort's Cloud,已故荷蘭天文學家奧爾特 Oort 於一九五零提出彗星起源的假設,認為了它是彗星的源頭)。然而,塵埃盤內部所受外圍恆星影響輕微,不足為患,仍然保留著以往的扁平狀──被稱為柯伊伯帶(Kuiper Belt,已故美藉荷蘭天文學家柯伊伯 Kuiper 於一九四九年提出的太陽系起源的原行星演化假設)。
小組成員海倫.哈特表示,繪架座β塵埃盤的鋒口差不多是向著地球使他們詫異,因為這種機會實在不可多得。影像清晰、光亮、畢直的鋒口位橫跨整個塵埃盤,愈是接近恆星,厚度愈厚。
對於繪架座β──一顆年青恆星的星周盤──塵埃及氣體盤,HST天文學家小組利用安裝在HST上面的STIS獲得了迄今最細緻的近距離影像。經過分析其可見光影像,揭露了星周盤翹曲支持了行星形成理論──很有可能在星周盤裡面,正有某些行星在形成中,從而在引力作用下對星周物質造成攝動。
星周盤的近攝影像為年青恆星的演化及行星形成的本質提供了一線曙光。
小組主責天文學家為馬利蘭州格林貝爾市戈達德空間飛行中心天文及太陽物理實驗室的莎莉.希普博士表示,對於繪架座β的行星體系,現時的新影像使他們可以看到一個從來沒有的深度,圍繞恆星的星周物質比舊有影像中更能顯現,而翹曲的形態更能暗示這系統很有可能擁有一顆行星。
一般相信如繪架座β的年青恆星是由星際氣體及塵埃雲坍縮而形成,過程中,雲塊物質往內坍縮,物質便在新生恆星周圍形成一個扁平的行星盤,隨後盤中物質凝聚,在恆星周圍形成行星,並環繞著恆星運動。
希普博士稱,要觀測星周盤是十分困難,正如在烈日當空之下,瞇起眼睛來看路燈。大部分的星光都是來自恆星,祇有極少量是來自星周盤,畢竟要從星光中分辨出星周盤的光線是一項挑戰。對於繪架座β,基於在更接近恆星的位置,星周盤都有翹曲,所以天文學家需要往更深層看去。然而,愈是往內看,愈是更光亮。現時,天文學家利用STIS的「日冕儀」以「製造」人工化的食像,把恆星光線掩蓋,暴露出星周盤的光芒。
先前的已盡儀器之所能而獲得了異常的研究成果,而最佳影像大約深入至繪架座β外四十億哩處,亦即大約為冥王星處。然而,還是不及現在的STIS影像,它可以深入比天王星還要接近的位置,大約是十五億哩。
由於天文學家能夠看得更深入,他們可以比較理論及觀測中的翹曲,以勾畫出一些理論輪廓。例如某一說法是光亮恆星的光壓造成了星周盤的翹曲,比行星間的引力影響為甚。然而,由星光造成的翹曲形狀及大小並不會如現今所見──現時所觀測到的翹曲與一顆輕微傾斜運動的行星造成的相似。隨著公轉,行星引力會有把物質拉近自己的趨勢,並會造成相稱的翹曲。
對於繪架座β的觀測可能為天文學家提供一瞥太陽系過去的機會。
希普博士表示,繪架座β似是年青的太陽,如果太陽是五十歲,它就很可能不大於半歲。雖然它是較為龐大,但是也差不多是同一類恆星,同時,它也算是相對地接近我們,祇有短短的六十光年,足夠的接近地使天文學家可以得到清晰的影像。因為它有可能提供太陽系的原初狀態,所以還算是一個完美的「開發區」。
從觀測所得到的翹曲形狀及尺度,並不能表示潛在的行星有多大,它也許相當接近中心恆星,質量比木星還要大幾倍,或者鞏分之遠離中心星,而質量也祇及地球的十倍。也許從繪架座β之觀測,可以使天文學家知道行星系統如何形成,又或者是從中學習到其他恆星演化的途徑。形成行星祇是其中一個可能性而已。
從 9806-1 可見光圖像中,兩個影像的翹曲揭露很可能受一顆或者以上的不可視同伴所影響──似乎是有行星存在的證據,但同時,也許有一顆棕矮星伴星或鄰近恆星。天文學家對於恆星擁有形成中的行星,自發現繪架座β至今,它已被認定其中一顆最接近我們的例子。
從偽色圖像顯示出星周盤的光暗分布,事實上星周盤的亮光是來自反射恆星光線,所以愈是接近中心恆星,愈是光亮;反之,愈是遠離,愈是暗淡。在上下兩圖,光亮的中心星被人工加上黑色障礙物,左邊為東,右邊為西。星周盤的光芒類似太陽系裡的黃道光──黃道面附近的塵埃密度較高,陽光照射到塵埃表面而被反射形成黃道光。
附圖中的太陽系圖被用作比例。
上圖 為WFPC2的圖像,顯示了整個延展範圍達一千五百個天文單位(一千四百億哩)的塵埃盤。右上方(即星周盤西南方)有明顯的耀目朿狀光芒,暗示了較高密度的星周盤受到上方的引力影響──也許由遙遠的不可視同伴引力所攝動,或者由路過的恆星所造成。影像攝於九五年六月二十二日。
Credit: Al Schultz (CSC/STScI, and NASA)
下圖 對於翹曲的星周盤內部,透過STIS獲得了前所未見的詳細近照。新圖像偵測到更接近恆星的範圍,距離大約為十五個天文單位(十四億哩),比天王星的半還要小。對於是否存著一顆或更多顆行星環繞著恆星運行,這些新資料提供了支持。影像攝於九七年九月。
Credit: Sally Heap (GSFC/NASA)