厚而持久的尘埃盘挑战了行星形成理论

这是一位艺术家对四十九座四千年前恒星Ceti周围令人惊讶的持续尘埃的印象。图片:NAOJ

天文学家使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)发现了一颗年轻的恒星，周围环绕着一团令人震惊的气体。这颗名为Ceti 49的恒星已经存在了4000万年，传统的行星形成理论预测，到那个年龄，这些气体应该已经消失了。神秘的大量气体要求我们重新考虑目前对行星形成的理解。

行星是由气体尘埃盘构成的，称为围绕年轻恒星的原行星盘。尘埃粒子聚集在一起形成类地行星，或通过从圆盘上收集大量气体形成类木星的气态巨行星，成为更大质量行星的核心。

根据目前的理论，随着时间的推移，圆盘中的气体要么被行星吸收，要么被中心恒星的辐射压力吹走。最后，这颗恒星被行星和尘埃碎片环绕。这个尘埃盘，被称为碎片盘，暗示着行星的形成过程已经接近完成。

49座Ceti周围碎片的合成ALMA图像。图片:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)， Higuchi等人。

最近射电望远镜的发展在这一领域带来了惊喜，天文学家发现，一些碎片仍然含有一定量的气体，如果这些气体在碎片盘中停留很长时间，行星种子可能有足够的时间和物质进化成像木星那样的大行星。因此，在一个碎片盘的气体影响合成的行星系统的组成。

日本国家天文台(NAOJ)的天文学家Aya Higuchi说：“通过使用ASTE望远镜100多个小时的观测，我们在Ceti 49号附近的碎片中发现了碳原子气体。”ASTE是智利的一架直径10米的射电望远镜，由NAOJ操作。“作为自然的延伸，我们利用ALMA获得了更详细的视图，这给了我们第二个惊喜，49座Ceti附近的二氧化碳含量是我们之前估计的10倍。”

由于阿尔玛的高分辨率，研究小组首次揭示了碎片中碳原子的空间分布，碳原子比一氧化碳分布更广，一氧化碳是年轻恒星周围第二丰富的分子，氢分子是最丰富的分子，碳原子的数量如此之大，以至于研究小组甚至探测到了来自一种更罕见的碳形式——13C的微弱无线电波。这是第一次探测到任何天体在492 GHz时的13C辐射，通常隐藏在正常12C辐射的后面。

图片:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)， Higuchi等。

“13C的含量只是12C的1%，因此在碎片中发现13C完全出乎意料，”Higuchi说。“有明确的证据表明，49座Ceti核电站拥有惊人的天然气储量。”

气体的来源是什么？研究人员提出了两种可能性，一是在行星形成的最后阶段，残余气体在消散过程中幸存下来，然而，49个Ceti周围的气体量与活跃的行星形成阶段的年轻恒星周围的气体量相当，目前还没有理论模型来解释这么多的气体是如何持续这么长时间的。

另一种可能性是气体是由像彗星这样的小天体碰撞释放出来的，但是要解释49条Ceti附近的大量气体，需要的碰撞数量太大了，目前的理论无法容纳，目前的ALMA结果促使我们重新考虑行星形成模型。

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