恒星誕生時，密集的星際物質(zhì)云團在自身引力作用下坍塌，旋轉(zhuǎn)成最終卷成嬰兒星的扁平的圓盤?，F(xiàn)在，在一顆如此年輕的原恒星周圍，首次發(fā)現(xiàn)了行星形成的蛛絲馬跡，殘留的塵埃和氣體云仍在向它坍塌，圓盤仍在形成的過程中。

這是最早在原恒星環(huán)中發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)，它表明行星的形成比我們想象的要早，甚至早于新生系統(tǒng)50萬年的歷史。

這顆年輕的原恒星被稱為IRS 63，它位于470光年外的蛇夫座恒星形成區(qū)——這是一座恒星苗圃，那里的塵埃足夠厚，可以形成最終生成成恒星的旋轉(zhuǎn)的團塊。

蛇夫座星云復(fù)合體

IRS 63屬于恒星形成過程中的一級星，只有不到50萬年的歷史。它已經(jīng)完成了主要的吸積階段，擁有了大部分的終極質(zhì)量；毫米的波長讓它光芒耀眼，它也是同類星中最亮的原恒星之一。

此外，IRS 63有一個大圓盤，可以延伸到大約50個天文單位。這些特性加上它的可及性，使該天體成為研究恒星和行星形成的絕佳目標(biāo)。

蛇夫座恒星形成區(qū)（圖片來源：歐洲南方天文臺/數(shù)字化天空調(diào)查2）

德國馬克斯?普朗克地外物理研究所的天文學(xué)家多米尼克?塞古拉-考克斯（Dominique Segura-Cox）領(lǐng)導(dǎo)的團隊利用智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列——這種射電望遠(yuǎn)鏡在探測早期行星形成方面有著絕佳的表現(xiàn)——對這顆恒星及其周圍的塵埃云進行了仔細(xì)的觀察。

阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列

在那里，漩渦狀的圓盤中，研究小組發(fā)現(xiàn)了一個驚喜：以原恒星為中心的兩個黑暗的同心空隙——天文學(xué)家們認(rèn)為這是行星形成的標(biāo)志。

行星的形成是一個鮮為人知的過程。最普及的模型是核心吸積——圓盤中的灰塵顆粒逐漸積累，首先通過靜電粘附在一起，然后隨著自身的增大通過引力吸附在一起。當(dāng)這種情況發(fā)生時，原行星沿它的軌道將所有物質(zhì)卷起來，從而在環(huán)形星盤上形成空隙。

在我們以足夠高的分辨率拍攝的幾乎所有光盤中，都檢測到了這種空隙。但是這個模型存在一個大問題——行星以這種方式形成需要很長時間，而年齡超過100萬年左右的原恒星盤似乎沒有足夠的物質(zhì)來形成已知的系外行星群。

天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了超過35個100萬年左右的二級原恒星系統(tǒng)，它們已經(jīng)失去了大面積的塵埃云，但其中仍有原恒星盤和活動明顯的空隙。它們在形成的100萬年中就生成如此發(fā)達的空隙，表明恒星在這個年齡段時，行星的形成過程正在有條不紊地進行著。

銀河系A(chǔ)2744-YD4藝術(shù)渲染圖

如果多米尼克?塞古拉-考克斯（Dominique Segura-Cox）和她的團隊檢測到的這種結(jié)構(gòu)是由行星創(chuàng)造的，那么這個結(jié)果就會支持上述想法，并為原恒星盤的質(zhì)量流失問題提供一個解決方案。

研究人員在論文中寫道：“最近對二級圓盤的塵埃質(zhì)量測量也表明，在從小于0.1到100萬年的時間尺度上，如果極大的質(zhì)量被鎖定在行星星體中，那么這種現(xiàn)象就解釋了我們觀察到的塵埃消耗。”

與這些二級圓盤中的空隙相比，IRS 63周圍圓盤中空隙的對比度較低，表明它們含有更多的物質(zhì)。因此，從上述空隙中推測到的原行星正處于較早的發(fā)育階段。

（圖片來源：塞古拉-考克斯及其團隊，《自然》2020年）

研究小組還計算了造成他們所看到的空隙所需的潛在原行星的質(zhì)量。距離恒星19個天文單位的那個較近的空隙，應(yīng)該是由一個質(zhì)量為木星的0.47倍的天體創(chuàng)造的。而距離恒星37個天文單位的那個較遠(yuǎn)的空隙，則是由一個質(zhì)量為木星的0.31倍的天體創(chuàng)造的。

這樣的質(zhì)量已是估值的上限，但即使是稍低的估計值也已經(jīng)是極大的天體了——畢竟地球的質(zhì)量只有木星的0.003倍。這實在出人意料，因為在我們的行星模型中，如此迅速的吸積過程面臨著巨大的障礙。

研究人員指出，另一種可選的解釋是行星尚未開始形成。相反，這些空隙可能是由一種被稱為徑向漂移的現(xiàn)象造成的：圓盤中的氣體產(chǎn)生阻力, 使塵埃和巖石顆粒失去角動量, 開始向恒星漂移。這實際上被認(rèn)為是行星形成的障礙，因為行星的形成速度要比徑向漂移快。

但是氣體的密度不一定是均勻的，氣體徑向表面密度的局部最大值會形成塵埃的“陷阱”。所以有可能這些空隙是由向內(nèi)移動的塵埃造成的，而圓盤中密度較大的環(huán)就是這些氣體壓力最大值的陷阱。

按照這種解釋，這些厚厚的、塵土飛揚的圓環(huán)會產(chǎn)生更高的塵氣比率，導(dǎo)致加速吸積區(qū)的形成——所以說，它們更像是原行星的原型。

無論是哪一種解釋，該團隊在IRS 63周圍的圓盤中觀察到的很可能是行星形成的結(jié)果——這一過程的開始時間比我們之前見過的時間早很多。

藝術(shù)渲染圖——原行星盤包圍著一顆正在形成的嬰兒星

研究人員在論文中寫到：“即使在最保守的情況下……這些特征也表明塵埃開始在圓盤特定的半徑處聚集。圓盤的結(jié)構(gòu)很可能在恒星形成過程的早期對行星進化產(chǎn)生影響?！?/p>

“一級原恒星依然被包裹在大面積的氣體和塵土中，可以隨著物質(zhì)的吸積來補充圓盤，這表明如果IRS 63圓盤中的行星形成已經(jīng)開始，那么行星和原恒星很可能從早期開始就一起生長和演化?！?/p>

該研究已發(fā)表在《自然》雜志上。

BY: MICHELLE STARR

FY:AngelinaWu

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