天文学家首次观测到巨行星正在形成

09-30 22:28 来自北京

巨行星诞生过程被首次直接观测

艺术家绘制的埃利亚斯224b概念图，这是迄今探测到的最年轻的系外行星，仍在其年轻主恒星周围的气体与尘埃盘中成长。来自盘中的物质正持续吸积到这颗木星质量的行星上，该行星位于盘中一个显著的空隙内，这一现象支持了巨行星形成的主流理论。图片来源：W．M．凯克天文台亚当马卡连科

🌟 天文学家确认了目前已知最年轻的行星，这是一颗木星大小的年轻天体，年龄不足百万年，其形成速度远超预期。

天文学家已确认观测到迄今最年轻的行星，这颗行星年龄不到100万年，仍被其形成时的物质所包围。这颗名为Elias224b的年轻行星仍嵌在围绕其宿主恒星旋转的气体与尘埃盘中。

✨ 科学震撼点：

其极年轻的年龄正迫使研究人员重新思考大型行星能够以多快的速度形成。

⚠️ 模型危机时刻：

我们的行星形成模型已经难以解释之前已知最年轻的行星记录保持者——由围绕恒星PDS70的两颗行星和围绕恒星WISPIT2的两颗行星组成的四重平局，这些行星都超过500万年。“卢卡斯西扎（Lucas Cieza）是智利天体物理研究所的教授，也是一篇详细描述这些结果的论文的合著者，“埃利亚斯224b向我们展示了，即使是我们最好的行星形成模型，仍然缺少一些重要的过程。“

一颗隐藏在尘埃盘中的行星

In a study published September 16 in The Astrophysical Journal Letters， researchers led by Andrea Bernardi， a doctoral candidate at the Universidad Diego Portales in Chile， examined archived observations of seven stars。

those stars had previously been observed with the coronograph at the W．M．Keck Observatory in Hawaii， which partners with NASA under a cooperative agreement。 A coronograph blocks much of a star’s intense light， making it easier for astronomers to search for much dimmer objects nearby。

每个星体周围都环绕着一个由尘埃、气体、冰和岩石物质组成的碎片盘。天文学家特别关注这些盘中的间隙和其他模式，因为这些特征可能表明行星正在形成，并在周围的物质中清理出路径。

通过抑制恒星的强光，研究团队在这些盘状结构中搜寻原本难以探测的暗弱行星。围绕太阳系外恒星运行的行星被称为系外行星。

🔍 关键发现：

“The planets should be found within the gaps， since they are carving them，” Bernardi said。 And that’s exactly where we found Elias224b。

Elias224b的质量大约与木星相当，其宿主恒星距离地球约450光年。由于该系统极为年轻，为天文学家提供了难得的机会，得以研究可能类似于我们太阳系在数十亿年前状态的条件。

艺术家的图片描绘了埃利亚斯224b，这是迄今观测到的最年轻的系外行星，仍在其年轻恒星周围的气体和尘埃盘中成长。来自盘面的物质正持续向这颗木星质量的行星吸积，该行星位于盘面一个显著的间隙内，支持了巨行星形成的主要理论。图片由韦伯M凯克天文台亚当马卡伦科制作

观测一个行星形成区

恒星诞生于广袤的气体与尘埃云中。恒星形成后，剩余物质继续围绕其旋转，形成一个盘状结构。随着时间推移，盘内颗粒相互碰撞、粘附，并逐渐聚集成越来越大的天体，最终形成行星；这些行星在运行过程中会清空其轨道附近的物质。

研究这一最早阶段十分困难，因为新生的行星通常隐藏在它们赖以形成的气体和尘埃之后。

大多数已知的系外行星是通过凌日法发现的。当一颗行星从其恒星前方经过，从我们的视角看去，会使得恒星的亮度轻微下降。

但年轻的行星通过这种方式可能难以探测。浓厚的尘埃会遮蔽它们，而距离恒星较远的行星完成一次公转所需时间更长，导致凌星现象更为罕见。

因此，目前确认的约6000颗系外行星中，绝大多数已有数十亿年的历史，并且围绕其恒星运行在相对较近的轨道上。

因此，天文学家通过结合理论、计算机模拟以及对周围环绕着原行星盘的年轻恒星的观测，来构建行星形成模型；在这些原行星盘中，行星本身往往难以直接观测到。发现更多像埃利亚斯224b这样极为年轻的行星，可为改进此类模型提供重要依据。

💡 科学意义：

埃利亚斯224b是首颗在吸积活跃期被直接成像并确认轨道运动的巨行星——它不是“刚出生”，而是正在“大口吃饭”！

一个十年未解的谜题终于水落石出

这一新的确认也解答了天文学家近十年来一直在探究的一个问题。

此前，位于智利的阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（ALMA）观测发现，围绕恒星Elias224的尘埃盘中存在一个间隙；随后，欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜在该间隙内探测到一个微弱的点光源。

这一观测结果立即让人联想到天文学家可能观测到了一颗年轻的行星。但这一想法难以与现有的行星形成模型相吻合。

根据这些模型，一个行星不应该有足够的时间增长到如此大的大小，距离其恒星如此之远。当前的估计是，produce a Jupiter size planet at roughly Jupiter’s distance from the Sun （which is just over five times the distance of Earth from the Sun） takes about 5 million years。 Building such a planet farther away should take even longer。

档案观察证实了这颗行星

伯纳迪及其同事利用凯克天文台档案库——该档案库是凯克天文台与美国国家航空航天局系外行星科学研究所（位于加州理工学院IPAC）之间的一项由美国国家航空航天局资助的合作项目——来核查该天体是否曾在更早的观测中出现过。

他们在2018年和2020年收集的凯克望远镜数据中发现了相同的微弱源。

通过结合观测数据并追踪该天体随时间的运动情况，研究人员确定其行为更符合一颗绕行行星，而非背景恒星或成像过程中产生的伪影。这一证据使团队确认该天体为Elias224b。

我们通常听说望远镜各自独立工作，但此次确认唯有依靠多台望远镜协同观测才得以实现。伯纳迪说，埃利亚斯224b正处于现有望远镜探测能力的极限，但借助新一代天文观测设备，这类天体的探测将变得更加容易。

🚀 下一站：罗曼太空望远镜

罗曼太空望远镜搭载了一台更为先进的日冕仪，旨在探测那些因恒星强光遮蔽而难以被现有许多望远镜分辨的系外行星。

通过类似的直接成像方法，罗马望远镜可以探测到轨道更紧密的行星，包括真正的木星类行星，而现有仪器难以观测到。相比之下，厄利斯224b围绕其恒星的距离大约是它的10倍。

这种提升后的能力可让天文学家观测到一群此前基本隐藏未见的年轻行星，有助于填补行星形成研究中一个最大的观测空白。

🌌 未来已来：

“This is just the beginning of a new era of discovery。 It’s incredible that with modern technology， we are actually able to see planet formation in action， and Roman will take planet hunting to the next level。”

确认在Elias224盘狭窄间隙中存在核心吸积行星，作者为Andrea Bernardi、Alice Zurlo、Lucas A。 Cieza、Garreth Ruane、Valentin Christiaens、Anuroop Dasgupta、Greta Guidi、Dimitri Mawet、Dino Mesa、Sebastián Pérez和Jonathan P。 Williams，发表于《天体物理学杂志快报》，DOI 10。3847/20418213ae9bb6