行星形成成像仪 (PFI) 的科学依据

当代天体物理学中最引人入胜且争论激烈的领域之一，是行星系统如何从伴随恒星诞生的大型旋转气体和尘埃盘中组装而成。尽管理论和观测方面已经并仍在开展重要工作，但只有开启能够直接见证该过程活动的观测窗口，才能实现对行星形成物理学的全面理解。关键要求是在物质组装的自然空间尺度上探测行星形成系统。根据定义，这就是所谓的希尔球 (Hill Sphere)，它 delineates 一个引力体在其周围环境中的影响区域。行星形成成像仪项目 (PFI) 正是围绕这一挑战性目标而确立的：在最近恒星形成区的候选宿主行星盘中，提供希尔球尺度结构的解析图像。在本文中，我们概述了 PFI 的主要科学依据。为此，我们简要回顾了关于行星形成过程的知识，并讨论了最近在过渡盘 (transition disks) 类天体上获得的观测结果。对这些系统的光谱光度学和多波长干涉测量研究揭示了扩展间隙和复杂密度不均匀性的存在，这可能是由轨道行星引发的。我们展示了包含单个或多个嵌入行星的盘的详细三维辐射流体动力学模拟，从中计算了近红外、中红外、远红外和亚毫米波长的合成图像，从而能够直接比较 PFI 与 ALMA 等互补设施可探测的特征信号。基于这些模拟，我们推导了一些初步规格，以指导该设施的阵列设计和技术路线图。