行星“摇篮”营养不足
一颗年轻恒星周围的原行星盘艺术图。图片来源：JPL-CALTECH
天文学家有一个问题：如果你没有足够的原料，怎么能制造出行星呢？一项新研究发现，原行星盘——围绕在年轻恒星周围的尘埃和气体的轨迹——似乎因包含的物质数量太少而无法产生行星。
“这项工作告诉我们，真的必须重新思考我们的行星形成理论。”未参与该研究的美国芝加哥大学天文学家Gijs Mulders说。
恒星诞生于巨大的气体和尘埃云，在其最初阶段，它们被一层薄薄的物质包围着。这里的尘埃颗粒相互碰撞，有时会粘在一起。随后，这些团块堆积成行星核心，然后它们的体积大到足以吸引更多的尘埃和气体，最终形成行星。
但是关于这个过程的许多细节仍然未知，比如行星从盘状物中产生的速度有多快，以及它们在捕获物质方面的效率等。这些盘状物被一层模糊的气体和尘埃包围难以观察。但是射望远镜可以穿透迷雾，研究年轻的恒星。盘状物中的灰尘发出的无线波的亮度可以用来估计其整体质量。
阿塔卡马大型毫米阵列（ALMA）是智利阿塔卡马沙漠中的一个射天文台，它使得研究原行星盘更加容易。在新研究中，欧洲南方天文台天文学家Carlo Manara及同事，使用ALMA对围绕在年轻恒星周围的原行星盘，和质量已被证实的系外行星及围绕着同等大小的老恒星的系外行星系统进行了比较。结果显示，前者的质量通常比系外行星质量小得多，有时甚至是其1/10或1/100。相关论文刊登于《天文学和天体物理学》。
尽管之前一些恒星系统研究已获得类似发现，但这项研究首次分析了几百个不同系统存在的不匹配问题。“我认为这项工作所做的贡献是把这个问题‘敲实’了。”Manara说。
很可能天文学家只是关注这些星盘太迟了。Manara说，也许有些行星在最初的100万年前就形成了，吸收了大量的气体和尘埃。ALMA已经发现，一些非常年轻的恒星，比如大约10万年的HL Tauri，其星盘上已经有了环状缺口，这可能表明原行星正在清除它们内部的物质。
“但如果你解决了一个问题，就会面临另一个问题。”未参与该研究的夏威夷大学天文研究所天文学家Jonathan Williams说。如果行星的核心在早期形成，当时大量物质留在星盘中，没有什么能阻止它们膨胀成木星大小的庞然大物。然而，系外行星调查显示，大多数行星都是地球或海王星大小。
Williams倾向于认为目前的望远镜只是错过了一些物质。而ALMA的波长被调准到能观察最小的尘埃。但是大量的物质可能被隐藏起来，无法观察到。新墨西哥州提议升级到甚大阵例的一个射望远镜，或许能够发现这些隐藏的碎片，这些也许就是一些缺失的物质。
最后一种可能性是，原行星盘以某种方式吸收了周围星际介质中的额外物质。Manara说，最近的一些模拟显示，年轻的恒星吸收新物质的时间比之前认为的要长得多。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，科学家能观测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。（唐一尘）
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