在浩瀚宇宙中,許多恒星系統里的碎屑盤呈現出彎曲、偏心等奇特形態,這一現象長期困擾著天文學家。這些碎屑盤由塵埃和星子構成,如同行星形成后的“殘余物集合”,類似于太陽系中的小行星帶和柯伊伯帶。傳統動力學模型由于僅考慮中心恒星和行星的引力,而忽略了碎屑盤自身的質量和自引力,導致無法解釋這些“怪盤”的形成機制,也無法驗證“隱形行星”存在的假說。
中國科學院南京天文光學技術研究所的星冕儀科學團隊,以年輕恒星系統HD 110058為突破口,針對其S形彎曲的碎屑盤展開深入研究。該團隊構建了包含一顆軌道傾斜的內行星(即未被直接觀測到的“隱形行星”)和大量星子的碎屑盤模型,并運用高性能GPU加速的N體模擬技術,首次揭示了碎屑盤自引力在形態塑造中的關鍵作用。
研究顯示,碎屑盤內星子等物質間的引力相互作用會維持盤的基本形態,使其像旋轉的陀螺一樣整體進動。與此同時,“隱形行星”的引力擾動會與自引力形成動態平衡。在自引力“抱團”效應的基礎上,行星的擾動僅需約50萬年即可將碎屑盤扭成明顯的S形彎曲結構,且這一結構能長期保持準穩定狀態。團隊通過模擬生成的圖像,與天文望遠鏡觀測到的HD 110058系統特征高度吻合,不僅破解了該系統的形態謎題,也為“隱形行星”假說提供了有力支持。
這一發現強調了碎屑盤研究中考慮自引力和質量的必要性,為搜尋系外行星提供了重要的動力學線索。例如,在HD 110058系統中,彎曲結構的形成機制與行星的軌道傾斜和引力擾動密切相關,這為未來通過碎屑盤形態反推行星存在提供了理論依據。
該研究成果還為中國空間站巡天空間望遠鏡CPI-C星冕儀的觀測目標選取和特色科學研究奠定了理論基礎。碎屑盤作為CPI-C的重要觀測對象,其動力學特征的研究將有助于優化觀測策略,提升系外行星探測效率。






