520光年外，這顆天體「直播」巨行星的形成，科學家興奮不已

2023-03-31 21:46:21 1

科學家們已經提出了許多關於太陽系主要行星形成過程的理論。然而，如果沒有證據，所有的理論都會受到質疑。最近，我們終於有了一生一次的機會來見證行星的形成。

御夫座的奇蹟

這一事件發生在520光年之外的御夫座，由一組國際作家發現。當研究人員在智利使用歐洲南方天文臺的超大型望遠鏡陣列(VLT)進行觀察時，在御夫座的中央區域發現了一個由塵埃和氣體雲組成的「扭曲」螺旋結構。正是這種結構吸引了科學家的注意。

研究人員在論文中寫道:「流體動力學模擬過程表明，在行星形成的早期階段，原始行星盤和行星將相互作用，產生所謂的『林德布拉德共振』，在行星內外形成兩個螺旋結構。儘管這一特殊階段在理論上已被相當準確地描述過，但幾乎沒有實際觀察的證據，因此還沒有得出結論。」

(照片說明:夜晚的御夫座空)

這一觀察將是驗證這一理論的絕佳機會。通過觀察這個新天體的形成過程，我們將知道這個理論是否正確。

要理解林德布拉德共振，我們必須從頭開始。

林德布拉德共振

目前，星雲假說是關於太陽系形成的最被接受的理論。

該理論認為，在太陽系形成之前，這個區域充滿了星際塵埃和氣體。首先，在靜電力的作用下，一些冰冷的物質相互結合，導致重力開始不再平均，所以有些地方重力相對較大。結果，它們逐漸吸引其他粒子靠近並通過重力凝聚，最終形成太陽。然而，太陽並沒有吞噬所有的物質，太陽系中仍有大量的塵埃或氣體。它們也將在各自的區域濃縮，形成行星、彗星、矮行星、小行星和其他天體。

以一顆行星為例，它的形成過程與太陽的形成過程基本相似。它也是首先通過靜電力結合，然後形成更大的吸引力來吸引更多的粒子落入其中。在這個過程中，圍繞正在形成的行星落下的粒子將被擾動，橢圓軌道的偏心率將變得非常大，振動將在離新行星最近和最遠的地方形成。如果這種振動恰好是其旋轉周期的倍數，那麼它就進入所謂的黛博拉共振狀態。根據理論計算，它們將形成螺旋型。

(圖片說明:林德布拉德共振動態圖)

林德布拉德共振不僅出現在行星形成的過程中，而且影響行星的形成。例如，土星的巨大光環也可能是林德布拉德共振的結果。它甚至可能影響像星系這樣的巨大結構。科學家認為，像銀河系這樣的大質量星系能夠形成旋臂並呈現螺旋結構的原因也與林德布拉德共振密切相關。

可以說，幾乎一切都準備好驗證林德布拉德共振，只需要東風。另一方面，東風見證了這顆行星的形成。

見證行星的誕生

觀察行星的形成不是一件容易的事。在太陽系中不可能形成新的行星。如果你放眼太陽系之外，首先，機會是存在的，但卻不存在。第二，距離太遠，看不清楚。此外，這些恆星的光會造成幹擾，新的行星會淹沒在宿主恆星的光中，難以觀察。

然而，幸運的是，我們確實遇到了這樣一個機會。御夫座的AB星圓盤讓我們能夠見證行星的形成，並知道我們來自哪裡以及太陽系是如何進化的。

2017年，科學家首次使用阿塔卡馬的大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)發現了這種螺旋結構。他們立即意識到它可能來自一個原始的行星盤，這是檢驗這個理論的絕佳機會。

接下來，一個由天文學家組成的國際團隊，利用與智利超大型望遠鏡相連的球面設備，在2019年12月至2020年1月期間，對御夫座AB星的近紅外光譜進行了高對比度觀測。這次觀測可以說是人類歷史上最深入的天體觀測，甚至從微小的塵埃中捕捉到微弱的光。就像ALMA之前的數據一樣，SPHERE拍攝的原始行星盤也呈現出S型擾動，這非常接近我們預期快速形成的行星應該具有的螺旋密度波。

(照片說明:御夫座AB星周圍的圓盤，右邊是左邊中央部分的放大特寫)

「這種扭曲的形狀正是目前一些行星形成的理論模型所預測的，」法國波爾多天體物理實驗室的天文學家安妮·杜裡說它連接著兩個螺旋結構，其中一個向行星軌道內部彎曲，另一個向外擴張。兩者在行星的位置相交。它們可以加速塵埃和氣體在原始行星盤上的下落，並使原始行星快速成長。"

據觀察，這顆行星離主星相對較遠，主星大約是海王星和太陽之間的距離。另一方面，它的質量非常大，至少是木星的4倍，甚至可能增長到木星的13倍。雖然這個數據目前還不能確定，但對我們來說仍然具有重要意義。在太陽系中，以木星為代表的氣體行星位於相對較遠的地方，而像地球這樣的巖石行星更靠近太陽。然而，在尋找系外行星時，我們發現了大量熾熱的木星和海王星，也就是說，一些氣體行星比太陽系最裡面的行星水星更靠近宿主恆星。氣體行星在兩個系統中的不同位置也讓科學家們深感困惑。