当科学家们寻找系外行星（位于我们太阳系之外的世界）时，他们首先在年轻恒星周围的尘埃和气体盘中发现了图案，他们认为新形成的行星可能是原因。但美国宇航局最近的一项研究警告说，可能还有另一种解释——根本不涉及行星。

系外行星猎人观察恒星寻找一些迹象表明轨道上可能有行星，比如星光的颜色和亮度的变化。对于通常被尘埃和气体盘包围的年轻恒星，科学家们在碎片中寻找可能由轨道世界引起的模式——例如环、弧和螺旋。

美国宇航局戈达德空间的天体物理学家马克·库赫纳说：“我们正在探索我们认为是行星假说的主要替代竞争者，即圆盘中的尘埃和气体在受到紫外线照射时会形成图案。”马里兰州格林贝尔特的飞行中心。

天 学家认为在年轻恒星周围的圆盘中发现的模式可能是行星的路标。但是还有其他解释吗？在 NASA 的 Discover 超级计算集群上进行的一项新模拟显示了磁盘中的尘埃和气体如何形成这些模式——不需要行星。

Kuchner 于 1 月 11 日星期四在华盛顿举行的美国天 学会会议上介绍了这项新研究的结果。一篇描述结果的论 已提交给《天体物理学杂志》。

当高能紫外线星光撞击尘埃颗粒时，它会剥离电子。这些电子与附近的气体碰撞并加热。随着气体变暖，它的压力增加，它会捕获更多的灰尘，这反过来又会加热更多的气体。由此产生的循环，称为光电不稳定性 (PeI)，可以与其他力协同工作，以创造天 学家以前与碎片盘中的行星相关的一些特征。

Kuchner 和他的同事设计了计算机模拟来更好地理解这些影响。这项研究由宾夕法尼亚州立大学帕克分校的博士生亚历山大·里奇特领导，其中包括加州州立大学北岭分校天 学教授和美国宇航局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室的研究助理弗拉基米尔·莱拉 (Wladimir Lyra)。模拟是在戈达德 NASA 气候模拟中心的Discover 超级计算集群上运行的。

2013 年，Lyra 和 Kuchner提出 PeI 可以解释在某些圆盘中看到的窄环。他们的模型还预测，一些圆盘会有弧形或不完整的环，这是在 2016 年首次直接观察到的。

“人们经常用行星对这些系统进行建模，但如果你想知道有行星的圆盘是什么样子，你首先必须知道没有行星的圆盘是什么样子，”Richert 说。

光会对它遇到的一切施加微小的物理力。这种辐射压力推动太阳帆并帮助引导彗尾，因此它们总是指向远离太阳的方向。同样的力可以将尘埃推入高度偏心的轨道，甚至将一些较小的颗粒完全吹出磁盘。

弧、环和螺旋出现在恒星 HD 141569A 周围的碎片盘中。中心的黑色区域是由遮挡来自恒星的直射光的遮罩造成的。这张图片包含了 2015 年 6 月和 2015 年 8 月使用哈勃太空望远镜的 STIS 仪器进行的观测。

研究人员模拟了辐射压力和 PeI 如何共同作用以影响尘埃和气体的运动。他们还发现，这两种力会根据尘埃和气体的物理特性表现出不同的模式。

2013 年对 PeI 的模拟揭示了尘埃和气体如何相互作用以产生环和弧，就像在真实恒星 HD 141569A 周围观察到的那样。随着辐射压力的加入，2017 年的模型显示了这两个因素如何产生螺旋，就像在同一颗恒星周围观察到的螺旋一样。虽然行星也可能导致这些模式，但新模型表明科学家应该避免草率下结论。

“卡尔萨根曾经说过，非凡的主张需要非凡的证据，”莱拉说。“我觉得我们有时太快跳到我们看到的结构是由行星造成的想法。这是我认为非同寻常的主张。在我们声称之前，我们需要排除其他所有因素。”

Kuchner 和他的同事表示，他们将继续在模拟中考虑其他参数，例如湍流和不同类型的尘埃和气体。他们还打算模拟这些因素如何有助于不同类型恒星周围的模式形成。