行星“摇篮”营养不足

围绕年轻恒星的原始行星盘的艺术。资料来源:JPL加州理工学院

天文学家有一个问题:如果你没有足够的原材料，你怎么能制造行星？一项新的研究发现，最初的行星盘——年轻恒星周围的尘埃和气体轨迹——似乎无法产生行星，因为它包含的物质太少。

"这项工作告诉我们，我们真的必须重新思考我们的行星形成理论."芝加哥大学的天文学家吉斯·穆尔德斯没有参与这项研究，他说。

恒星是由巨大的气体和尘埃云产生的。在它们的初始阶段，它们被一薄层物质所包围。这里的尘粒相互碰撞，有时会粘在一起。这些团块随后聚集成行星核心，这些核心大到足以吸引更多的尘埃和气体，最终形成行星。

然而，关于这一过程的许多细节仍然未知，比如行星从圆盘中产生的速度有多快，以及它们捕获物质的效率有多高。这些圆盘被一层模糊的气体和灰尘包围着，很难观察到。但是射电望远镜可以穿透迷雾，研究年轻的恒星。磁盘中灰尘发出的无线电波的亮度可以用来评估其整体质量。

阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)是位于智利阿塔卡马沙漠的一个射电天文台，这使得研究原始行星盘变得更加容易。在新的研究中，欧洲南方天文台的天文学家卡洛·马纳拉和他的同事们利用阿尔玛来比较年轻恒星周围的原始行星盘和质量已被证实的外行星以及同样大小的老恒星周围的外行星系统。结果表明，前者的质量通常比外行星小得多，有时甚至是1/10或1/100。相关论文发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

虽然在以前的恒星系统研究中也有类似的发现，但这项研究是第一次分析数百个不同系统中的错配。“我认为这项工作的贡献是在这个问题上“揭露真相”马纳拉说。

天文学家关注这些星座可能为时已晚。马纳拉说，也许有些行星形成于一百万年前，吸收了大量气体和尘埃。阿尔玛发现一些非常年轻的恒星，例如大约有10万年历史的HL Tauri，在它们的星盘上有环形间隙，这可能表明原行星正在清理它们的内部物质。

"但是如果你解决了一个问题，你将面临另一个问题."夏威夷大学天文研究所的天文学家乔纳森·威廉姆斯没有参与这项研究，他说。如果行星的核心是在早期形成的，那时大量的物质留在圆盘里，没有什么能阻止它们膨胀成木星大小的巨行星。然而，外行星调查显示，大多数行星的大小相当于地球或海王星。

威廉姆斯倾向于认为目前的望远镜只是漏掉了一些物质。调整ALMA的波长以观察最小的灰尘。然而，大量的材料可能被隐藏起来，无法被观察到。新墨西哥州提议升级到一个非常大的射电望远镜阵列，它可能能够找到这些隐藏的碎片。这些可能是一些丢失的材料。

最后一种可能性是原始的圆盘以某种方式吸收了周围星际介质中的额外物质。马纳拉说，最近的一些模拟显示，年轻恒星吸收新物质的时间比以前想象的要长得多。他希望借助即将到来的平方公里阵列或詹姆斯·韦伯太空望远镜，科学家能够观察到恒星形成的早期阶段，这将有助于他们在这些不同的假设之间做出选择。(唐毅宸)

相关文件信息:DOI:10.1051/0004-6361/201732196

中国科学新闻(2018-10-18第三版国际版)