天体物理学家通过捕获附近74颗恒星周围的系外彗星带的图像取得了重大突破。
利用ALMA和SMA望远镜，他们在这些带中发现了毫米大小的鹅卵石，为它们的结构和演化提供了前所未有的见解。这些发现表明，系外彗星及其带在行星系统的形成中起着至关重要的作用，并为发现隐藏的行星提供了线索。
首次对系外彗星带进行成像
都柏林圣三一学院的天体物理学家首次捕捉到大量围绕附近恒星的系外彗星带的图像，以及它们内部的小鹅卵石。这些高分辨率的图像显示了由围绕74颗附近恒星运行的毫米大小的鹅卵石发出的光。研究中的恒星代表了广泛的年龄范围，从仍在形成的年轻系统到类似于我们太阳系的更成熟的系统。
这项研究被称为REASONS（分辨ALMA和SMA近恒星观测），是了解系外彗星带的重大突破。详细的图像和分析为这些卵石及其形成的系外彗星的位置提供了重要的见解，揭示了它们通常以数十到数百天文单位（AU）的距离绕其主星运行，其中一个AU是地球和太阳之间的距离。
冰库及其在行星系统中的作用
在这些地区，气温极低（-250至-150摄氏度），包括水在内的大多数化合物在这些外彗星上都结冰了。因此，天体物理学家正在观测的是行星系统的冰库所在的位置。REASONS是第一个为74个系外行星系统的大样本揭示这些带结构的项目。
阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）是位于智利北部阿塔卡马沙漠的66个射电望远镜阵列，而亚毫米阵列（SMA）是位于夏威夷的一个类似的八元阵列。两者都能观察到毫米波和亚毫米波的电磁辐射。这项研究使用了这两种方法来制作图像，这些图像提供了比以往更多的系外彗星种群信息。
系外彗星如何塑造它们的周围带
三一物理学院副教授、刚刚发表在国际领先期刊《天文学与天体物理学》上的研究文章的资深作者卢卡·马特罗（Luca Matrà）说：“系外彗星是至少1公里大小的岩石和冰块，在这些带内碰撞在一起，产生我们在这里用ALMA和SMA望远镜阵列观察到的鹅卵石。系外彗星带存在于至少20%的行星系统中，包括我们自己的太阳系。”
埃克塞特大学皇家学会研究员巴斯蒂安·马里诺（Sebastián Marino）博士是这项研究的合著者，他补充说：“这些图像揭示了带结构的显著多样性。有些是窄环，就像我们太阳系埃奇沃斯柯伊伯带这样的‘带’的典型图片一样。但其中更多的是宽的，可能更适合描述为‘盘’而不是环。”
一些系统有多个环/盘，其中一些是偏心的，这提供了证据，表明尚无法探测到的行星存在，它们的重力影响了这些系统中鹅卵石的分布。
外彗星带的总体趋势
“像REASONS这样的大型研究的力量在于揭示了人口范围内的特性和趋势，”马特罗教授解释说。
“例如，它证实，随着较大的系外彗星撞击在一起，较老的行星系统的鹅卵石数量会减少，但它首次表明，如果带更靠近中心恒星，鹅卵石的减少速度会更快。”它还间接表明 —— 通过带的垂直厚度 —— 在这些带中可能存在140公里到月球大小的不可观测物体。
未来的研究和理性的遗产
哈佛和史密森尼天体物理中心的高级天体物理学家大卫 威尔纳（David Wilner）博士强调：“在这项工作中使用的ALMA和SMA等阵列是非凡的工具，它们继续为我们提供关于宇宙及其运作的令人难以置信的新见解。REASONS调查需要大量的社区努力，具有令人难以置信的遗产价值，并且具有未来调查的多种潜在途径。”
“例如，关于带和行星系统属性的REASONS数据集将能够研究这些带的诞生和演化，以及从JWST到下一代超大望远镜和ALMA即将推出的ARKS大型计划的整个波长范围内的后续观测，以进一步放大这些带的细节。”
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