宇宙邁出嬰兒步：天文學家首見新太陽系誕生

宇宙嬰兒學步：天文學家首次目睹新太陽系誕生

歐洲南方天文臺（ESO）研究團隊

圖中編號為HOPS-315的嬰兒恒星，是天文學家觀測到行星形成最早證據(jù)的場所。這張由阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA，ESO參與運營）拍攝的圖像，結(jié)合詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）數(shù)據(jù)，揭示了熾熱礦物質(zhì)正在固化的現(xiàn)象。橙色部分呈現(xiàn)一氧化碳的分布——它們正以蝴蝶狀星風形態(tài)逃離恒星；藍色部分則顯示一束狹窄的一氧化硅噴流，同樣從恒星噴射而出。此類氣體星風與噴流在HOPS-315等新生恒星周圍十分常見。ALMA與JWST的聯(lián)合觀測表明，除這些特征外，恒星周圍還存在一個正在凝結(jié)成固體硅酸鹽的氣態(tài)一氧化硅盤——這正是行星形成的初始階段。圖片來源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO) / M. McClure et al.

國際研究團隊首次精確捕捉到太陽系外恒星周圍行星開始形成的瞬間。通過歐洲南方天文臺參與的ALMA望遠鏡與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，他們觀測到行星構(gòu)建物質(zhì)的最初雛形——剛開始固化的熾熱礦物質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)標志著人類首次識別出行星系統(tǒng)如此早期的形成階段，為追溯我們太陽系的過往打開了一扇時空之窗。

荷蘭萊頓大學教授、該研究的主要作者梅麗莎·麥克盧爾表示："我們首次確定了太陽系外恒星周圍行星開始形成的最早時刻。"這項新研究發(fā)表在《自然》雜志上。

美國普渡大學教授、合著者梅雷爾·范特霍夫?qū)⑺麄兊陌l(fā)現(xiàn)比作"嬰兒太陽系的照片"，他說："我們看到的這個系統(tǒng)，就像我們太陽系剛開始形成時的樣子。"

這個新生行星系統(tǒng)正圍繞原恒星HOPS-315形成，該恒星距離地球約1300光年，是初生太陽的類比天體。天文學家常在這種"嬰兒恒星"周圍觀測到被稱為"原行星盤"的氣體和塵埃盤，那里正是新行星的誕生之地。

盡管天文學家此前已發(fā)現(xiàn)過包含新生木星般巨大行星的年輕星盤，但麥克盧爾指出："我們始終清楚，行星最早期的固態(tài)組成部分——即'星子'——必然形成于更早階段。"

在太陽系中，最早在地球當前軌道位置附近凝結(jié)的固態(tài)物質(zhì)，如今封存在遠古隕石之中。天文學家通過測定這些原始巖石的年齡，確定了太陽系形成的起始時刻。這類隕石富含含有一氧化硅（SiO）的結(jié)晶礦物，這些礦物能夠在年輕行星盤中的極端高溫環(huán)境下凝結(jié)形成。

隨著時間的推移，這些新凝結(jié)的固態(tài)物質(zhì)相互結(jié)合，在體積與質(zhì)量增長的同時播下了行星形成的種子。太陽系中首批直徑千米級的微行星——后來成長為地球等行星或木星核心的天體——正是在這些晶體礦物凝結(jié)后立即形成的。

天文學家通過最新發(fā)現(xiàn)，在HOPS-315恒星周圍的原行星盤中找到了這些高溫礦物質(zhì)開始凝結(jié)的證據(jù)。研究結(jié)果表明，氣態(tài)氧化硅不僅存在于這顆新生恒星周圍，也存在于這些結(jié)晶礦物內(nèi)部，表明該物質(zhì)剛剛開始固化過程。

"這一過程從未在原行星盤——或太陽系以外的任何地方被觀測到過，"論文合著者、美國密歇根大學教授埃德溫·伯金表示。

這些礦物最初是通過美國、歐洲和加拿大航天局聯(lián)合研發(fā)的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。為了精確定位信號來源，研究團隊使用由歐洲南方天文臺與國際合作伙伴在智利阿塔卡馬沙漠聯(lián)合運營的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）對該星系進行了觀測。

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借由這些數(shù)據(jù)，該團隊確定，這些化學信號來自于該恒星周圍星盤的一個小范圍區(qū)域，其位置相當于太陽系中的小行星帶軌道。

論文合著者、萊頓大學博士后研究員洛根?弗朗西斯表示：“我們確實在這個太陽系外系統(tǒng)中，于一個特殊的位置觀測到了這些礦物，而這個位置，正與我們在太陽系小行星中發(fā)現(xiàn)它們的位置相對應(yīng)。”

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正因如此，HOPS-315 的星盤為研究我們自身的宇宙歷史提供了一個絕佳的參照。正如范特霍夫所言：“就切實探究我們太陽系中曾發(fā)生過的某些過程而言，該系統(tǒng)是我們目前所知的最佳范例之一。”它也通過作為銀河系中新生太陽系的替代研究對象，為天文學家提供了一個研究早期行星形成的新契機。

未參與此項研究的歐洲南方天文臺天文學家兼歐洲阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列項目經(jīng)理伊麗莎白?漢弗萊斯表示：“這項研究揭示了行星形成的一個極早期階段，給我留下了極為深刻的印象。它表明，我們可以借助 HOPS-315 來理解我們自身太陽系的形成過程。這一成果凸顯了詹姆斯?韋伯空間望遠鏡與阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列在探索原行星盤方面相結(jié)合的強大力量。”

太陽系由太陽及環(huán)繞其運行的天體構(gòu)成。其英文名“Solar System”源自拉丁語中對太陽的稱呼“Sōl”。太陽系形成于約 46 億年前，其時，一團分子云中的某個致密區(qū)域發(fā)生坍縮，創(chuàng)造出太陽和一個原行星盤，而環(huán)繞太陽運行的各類天體便由此盤集結(jié)而成。太陽核心內(nèi)部，氫聚變?yōu)楹さ倪^程釋放出巨大能量，這些能量主要通過其外層的光球?qū)虞椛涠觥４诉^程在整個太陽系內(nèi)創(chuàng)造了一個由內(nèi)向外遞減的溫度梯度。太陽系總質(zhì)量的 99.86% 以上都集中于太陽。

環(huán)繞太陽運行的質(zhì)量最大的天體便是八大行星。按距離太陽由近及遠的順序，首先是四顆類地行星——水星、金星、地球與火星。僅有地球和火星的軌道位于太陽的宜居帶內(nèi)，在此區(qū)域，天體表面可保有液態(tài)水。在距離太陽約五個天文單位的霜線以外，分布著兩顆氣態(tài)巨行星——木星與土星——以及兩顆冰巨行星——天王星與海王星。木星與土星占據(jù)了太陽系中所有非恒星天體總質(zhì)量的近 90%。

BY：phys- Stephanie Baum

FY：Astronomical volunteer team

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