「看」見上帝的指紋行星誕生創世紀
英國詩人William Blake說:「一粒沙看世界 一朵花見天堂」。寬廣無垠的大宇宙,用她的靜默,來低訴我們的卑微。
2013年,國立清華大學天文所賴詩萍老師,發現了目前最年輕的原始行星盤(Protoplanetary Disc),並打破天文學界先前對「克卜勒盤」無法在恆星形成早期階段存在的理論。
原始行星盤是圍繞在原始恆星周圍的濃密氣體,被科學家認為是行星的「搖籃」,至於宇宙如何形成原始行星盤,至今仍是未解之謎。
基本上這些盤子大多是氣體和塵埃所構成。從觀測上來看,天文學家只要發現某個天體,存在紅外線超量的現象,就顯示可能存在圍繞在恆星周圍的行星盤。這些原始行星盤存在的時間尺度大約是「百萬年」,因為天文學家觀察到:年齡大於1千萬年的恆星,其這個紅外線超量現象就降低很多。
而它們的大小,從10AU到1000AU都有,一個典型的原始行星盤大約是200AU左右(冥王星到太陽約40AU)。之所以差距會這麼大,完全是因為距離中央主恆星越遠,盤子的溫度會下降到很低,低到在觀測上產生不確定性,換句話說,盤子最遠處的界線,我們不知道…盤子的溫度可以從1000K到10K,越外圍溫度越低。
當然我們也可以去估算這盤子氣體和塵埃的質量,一來可以知道這兩種物質,對於紅外線超量輻射的貢獻度有多少;二來物質轉換成行星過程,到底會損失多少東西。
一般來說,氣體大部分是氫氣。但是問題來了,氫分子H2,兩個原子都是帶正電,這個結構式,很難產生輻射,換句話說,我們若是觀察不到輻射量,就很難回推它的質量。還好,一氧化碳分子和氫分子間,存在某個比例,所以我們可以藉由觀測一氧化碳分子的輻射量,估算出分子雲的質量。(一氧化碳CO,一正一負,容易產生輻射)
那灰塵呢?可以透過氣體和塵埃的比例(大約是100左右)。氣體出來了,塵埃質量自然就可以估算出來了。或者是我們可以藉由觀察到的紅外線輻射,在不透明度、塵埃的密度上做適當的假設,就可以計算塵埃的質量。
不同顆粒大小的塵埃,會影響到整個紅外線超量的能量分布,藉由觀察,我們才能知道,如何由小塵埃,變成大塵埃,然後再變成行星。
圖一、金牛座 HL 原行星盤(ALMA)