天文學家利用 ESO 甚大望遠鏡上的 SPHERE 儀器創建了一組獨特的圖像，顯示各種系外行星系統中的碎片盤。這些塵埃結構揭示了小天體繞恆星運行的區域，並為行星發展的最早階段提供了罕見的見解。 SPHERE 項目科學家兼該研究的合著者 Gaël Chauvin（馬克斯·普朗克天文研究所）解釋道：“這個數據集是天文寶藏。它提供了對碎片盤特性的深入了解，並使其能夠分解這些系統中無法直接觀測到的較小天體，例如小行星和彗星。”
在我們自己的太陽系中，當您透過太陽觀察各種行星和矮行星，例如冥王星時，會看到大量較小（“小”）物體。科學家對尺寸從一公里到數百公里的物體特別感興趣。偶爾散發出氣體和塵埃並成為可見特徵的部分（例如彗尾）被稱為彗星。同時，那些不表現出這種活動的行星被稱為小行星。
這些微小的物體保留了最早時代的痕跡。太陽系的小種子在漫長的過程中成長為行星，中心的物體也形成了，稱為末地行星。小行星和彗星是過渡時期的殘餘物。這些小行星從未演化成全尺寸的行星。從這個意義上說，他們（相對）改變了曾經創造地球的相同成分的痕跡。
尋找太陽系外行星系統中的小天體
天文學家已經識別出超過 6,000 顆系外行星（即圍繞太陽以外的恆星運行的行星），讓我們清楚地了解整個星系的行星系統如何變化。直接對這些世界進行成像仍然非常困難。迄今為止，只有不到 100 顆系外行星被拍攝到，即使是最大的也只是毫無特徵的光點。
格勒諾布爾大學的天文學家朱利安·米利博士發現，在尋找小天體時，這一挑戰變得更加嚴峻。阿爾卑斯山和該研究的合著者指出，“在圖像中找到有關遙遠行星系統中小物體的直接線索幾乎是不可能的。用於探測系外行星的其他間接方法也無濟於事。”
塵埃是探測隱藏行星的關鍵
進步並非來自微小物體本身，而是來自它們碰撞時產生的塵埃。年輕的行星系統尤其活躍。小行星經常相互碰撞。有時它們會合併成更大的物體。有時會碎成更小的碎片。這些事件釋放出大量的新鮮灰塵。
看到灰塵背後的物理原理令人驚訝地直觀。將物體分成許多小塊可以保留其總體積。例如，如果一顆1公里寬的小行星被粉碎成直徑僅為1微米（百萬分之一米）的塵埃顆粒，那麼它的總表面積將增加十億倍。表面積越大意味著恆星反射的光越多。這使得更容易檢測灰塵。通過觀察塵埃，天文學家可以推斷出微小物體的細節。創造它的無形者
垃圾磁盤如何隨時間演變？
碎片盤不會永遠保持閃亮。隨著年輕系統的成長，碰撞將變得越來越少。中央恆星的輻射壓力可以將塵埃推開。爆炸的行星或小行星 或者它向內旋轉並落入恆星。
我們的太陽係就是後者的一個例子。數十億年後，兩條主要的小行星帶仍然存在：火星和木星之間的小行星帶；以及巨行星之外的柯伊伯帶。小塵埃顆粒的數量仍然存在。根據黃道帶產生灰塵 在極暗的天空下，在日落後或日出前不久，可以看到被這些灰塵散射的陽光形成微弱的輝光，稱為黃道光。
對於從遠處研究太陽系的觀察者來說，這些微小的遺跡很難被發現。然而，新的研究表明，在垃圾盤生命週期的前 5000 萬年裡，年輕系統周圍類似的塵埃結構應該是可見的。拍攝這些照片非常具有挑戰性。這項任務相當於拍攝一團薄薄的香煙煙霧。在幾公里外黑暗的體育場聚光燈旁邊，SPHERE 是專門針對這種情況而建造的，該望遠鏡於 2014 年春季與歐洲南方天文台的甚大望遠鏡 (VLT) 一起投入使用。
SPHERE如何阻擋星光以顯示其微弱的特徵？
SPHERE 背後的基本思想是從日常經驗中熟悉的。如果陽光直接照射到您的眼睛，您可以舉起手來擋住眩光，這樣您就可以看到太陽周圍的情況。 SPHERE 在對系外行星或碎片盤進行成像時使用日冕儀來達到相同的效果。通過將一個小圓盤插入恆星的光路中，該工具可以在拍攝照片之前阻擋大部分眩光。這種方法只有在光學系統保持極其穩定和精確的情況下才有效。
為了保持這種穩定性，SPHERE 依賴於先進版本的自適應光學器件。地球大氣層中的湍流會扭曲入射的星光，SPHERE 會持續跟踪這些扭曲並使用可變形鏡子實時糾正它們。輔助部件也可以分離。 “偏振光”的特徵是光被塵埃反射，而不是直接從恆星發射。這種額外的過濾提高了 SPHERE 檢測較微弱磁盤碎片的能力。
大規模調查詳細揭示 51 個垃圾磁盤
一項新的研究展示了通過分析微小塵埃顆粒散射的星光而創建的一系列碎片盤圖像。 “為了獲得這些數據，我們處理了對附近 161 顆年輕恆星的調查數據，這些恆星的紅外發射清楚地表明碎片盤的存在，”該研究的主要作者 Natalia Engler（蘇黎世聯邦理工學院）說道。 “這些圖像顯示了 51 個具有各種特徵的圓盤碎片，有的較小，有的較大，有的從側面觀察，有的幾乎面對面。而且圓盤結構的種類繁多，其中有四個以前從未被拍攝過。”
使用大量樣本可以發現更廣泛的模式。分析表明，年輕、質量較大的恆星更有可能擁有巨大的碎片盤。塵埃集中在遠離恆星的系統也傾向於形成更大的圓盤。
看不見的行星的環、帶和痕跡
SPHERE 結果最有趣的方面之一是圓盤內的各種結構，其中許多顯示出環或帶狀圖案。這些物體集中在距恆星一定距離處。這種安排類似於我們自己的太陽系。小行星聚集在小行星帶（小行星）和柯伊伯帶（彗星）的地方
人們相信這些結構是由行星塑造的。尤其是大型行星，有助於在其軌道運行時清理道路。一些負責任的行星已經被發現。在其他情況下，圓盤中的尖銳邊緣或不對稱表明存在尚未直接觀測到的行星。因此，SPHERE 調查為即將建設的設施提供了有價值的目標。歐洲南方天文台目前正在建造的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）和甚大望遠鏡（ELT）上的儀器應該能夠直接成像至少一些形成這些環和塵埃空洞的行星。
研究作者和出版物詳細信息
這裡描述的結果發表在 Natalia Engler 等人的《用 SPHERE 觀察到的碎片盤的特徵》雜誌上 天文學和天體物理學–
MPIA 繼續與射箭 MPPIA、Thomas Henning、Samantha Brown、Matthias Samland 和 Mark Felt 合作 (ETH Zuror)、Julien Milli (CNRS、IPAG、阿爾卑斯大學)、Nicolely 或 Venna)、Nicolely 或 Venna)、Nicolely 或 Venna)、Nicolely 或 Vienna)、Johan Olofsson (ESO)、Anne-Lise Maire (CNRS、IPAG、格倫布爾阿爾卑斯大學) 和英雄。
