南京天光所在碎屑盘弯曲结构形成机制研究中取得进展

近日，中国科学院南京天文光学技术研究所窦江培研究员领导的星冕仪团队在星周碎屑盘（debris disk）动力学演化领域取得重要进展。研究团队利用高性能GPU加速N体模拟技术，首次系统揭示了盘的自引力在碎屑盘弯曲结构形成过程中的决定性作用，并成功解释了年轻恒星系统 HD 110058 中观测到的碎屑盘的奇特“S”形结构。相关成果已于2026年1月发表在天文学领域顶级期刊《天体物理杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）。

碎屑盘由行星系统形成后遗留下的尘埃和星子组成，和太阳系的小行星带及柯伊伯带类似。观测发现许多系外碎屑盘呈现出明显的非对称结构，如弯曲、偏心等，这往往预示着系统中潜藏着未被发现的行星。然而传统的动力学模型在解释这些结构时，常忽略盘的自引力，导致理论预测与实际观测存在偏差。

针对这一问题，南京天光所研究团队以弯曲碎屑盘系统 HD 110058 为研究对象，构建了包含倾斜内行星和大量星子的碎屑盘模型。通过N体数值模拟，研究人员发现盘内物质之间的引力相互作用会抑制盘面的差分进动，促使整个碎屑盘像刚体一样整体进动。在倾斜行星的引力扰动下，具有自引力的碎屑盘能在较短的时间尺度内（约50万年）形成显著的整体弯曲结构，且该结构能长期维持准稳定状态。模拟生成的合成散射光图像成功复现了 HD 110058 系统中观测到的独特S形弯曲特征，有力支持了该系统内部存在一颗未被发现的倾斜行星的假说。

该研究不仅解决了 HD 110058 系统的形态谜题，更强调了在碎屑盘研究中考虑盘的自引力以及质量的必要性，为利用高对比度成像技术搜寻系外行星提供了重要的动力学线索。碎屑盘是中国空间站巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪（CPI-C）的重要观测目标，本研究成果为CPI-C星冕仪观测目标选取和特色科学研究奠定重要理论基础。

论文标题《The Role of Self-Gravity in Debris Disk Warp Formation: The Case of HD 110058》，论文链接https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae2c72。论文第一作者为南京天光所赵刚副研究员。

上图：VLT望远镜SPHERE仪器观测到的HD110058碎屑盘结构。中图：根据N-body仿真结果得到的散射光合成图像。下图：N体仿真得到的星子分布。