天文學家對年輕、混亂的恆星系統的研究揭開行星形成的秘密

一組由智利大學應屆博士畢業生，荷蘭萊頓大學（University of Leiden）和歐洲南方天文台杜麗莎·帕內克-卡尼奧（Teresa Paneque-Carreño）領導的研究團隊，使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列射電望遠鏡研究年輕恆星 Elias 2-27 的天文學家證實，重力不穩定性在行星形成中起著關鍵作用，並首次直接測量原行星盤的質量、使用氣體速度數據，有可能解開行星形成的奧秘之一。

原行星盤（由氣體和塵埃組成的行星形成盤）圍繞著新形成的年輕恆星，天文學家稱為行星的發源地。然而，行星形成的確切過程仍然是個謎。

在觀測過程中，天文學家證實Elias 2-27恆星系統，一顆位於蛇夫座距地球不到四百光年的年輕恆星，表現出重力不穩定性的證據，當行星形成盤攜帶大部分系統的恆星質量。行星究竟如何形成是我們領域的主要問題之一。

帕內克-卡尼奧表示，我們認為有一些關鍵機制可以加速行星形成過程。在Elias 2-27中發現重力不穩定性的直接證據，這非常令人興奮，因為這是我們第一次可以證明系統重力不穩定的運動學和多波長證明。Elias 2-27是第一個系統檢查所有方框。

Elias 2-27的獨特特性使其受到阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡天文學家的歡迎超過五年。2016年，一組使用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡的天文學家發現圍繞這顆年輕恆星旋轉的塵埃風車。這些螺旋認為是密度波的結果，眾所周知，密度波（density wave）會產生可識別的旋渦星系（如銀河系），但當時從未在單獨一顆恆星周圍看到過。

帕內克-卡尼奧說：「除了確認重力不穩定性外，天文學家還發現恆星系統中存在超出理論預期的擾動或擾動。可能仍有來自周圍分子雲的新物質落到恆星盤上，這使一切變得更加混亂。這種混亂導致以前從未觀察到的有趣現象，為此天文學家已經沒有明確的解釋。Elias 2-27恆星系統的氣體結構高度不對稱。這是完全出乎意料的，這是我們第一次在原行星盤中觀察到這種垂直不對稱。」

理解行星形成的障礙之一是缺乏對行星形成盤質量的直接測量，這是新研究中解決的一個問題。 阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡波段6的高靈敏度與波段3和7配合使用，使團隊能夠更仔細地研究動力過程、密度，甚至恆星盤的質量。

以前對原行星盤質量的測量是間接的，僅基於塵埃或稀有同位素體。通過這項新研究，現在對盤的整個質量很敏感。這一發現為開發一種測量盤質量的方法奠定基礎，這將使我們能夠打破行星形成領域最大和最緊迫的障礙之一。了解行星形成盤中存在的質量允許我們來確定可用於形成行星系統的物質數量，並更好地了解它們的形成過程。

【圖、文：節譯自美國國家射電天文台2021年6月17日新聞公佈】研究全文刊登在2021年5月11日出版的 arXiv 論文預印本網站