天文学家在金牛座DG周围发现行星形成的第一步

在冰雪中的玫瑰

用ALMA观测到的金牛座DG周围圆盘的无线电波发射强度图像。光环尚未在盘中形成，这表明它就在行星形成之前。鸣谢:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、S. Ohashi等人。

（）据ALMA：解开类似地球的行星是如何形成的之谜，对于理解生命的起源是一个重要的问题。人们认为，当星际尘埃和气体聚集在围绕原恒星的原行星盘中时，行星就形成了，但尚不清楚行星形成是在哪里、何时或如何开始的。

另一方面，众所周知，当一颗行星在一个圆盘内形成时，它的重力会在圆盘上形成一个环状图案。事实上，ALMA的观测已经揭示了许多原行星盘中的这种环结构，表明了行星的存在。

为了研究行星的形成过程，有必要仔细观察那些可以确定还没有行星存在的圆盘。然而，由于很难找到这种没有行星特征的圆盘并对其进行详细研究，我们对行星的形成还没有一个清晰的认识。

在《天体物理学杂志》上发表的新研究“ALMA三波段频率观测揭示的DG Tau原恒星周围光滑圆盘中的尘埃富集和颗粒生长”中，国际研究小组专注于一颗相对年轻的原恒星DG Tau(DG Tau)，并用ALMA详细研究了原恒星周围的圆盘。

他们以0.04弧秒的极高空间分辨率观测了盘内尘埃发出的波长为1.3毫米的射电辐射强度分布，弄清了盘的详细结构。结果表明，DG Tau周围的圆盘是光滑的，缺乏在更古老的原恒星周围的圆盘中看到的环状图案。这表明DG Tau的盘中没有行星，图像可能捕捉到了行星形成的前夜。



(上图)用ALMA观测到的DG Tau盘在0.87毫米、1.3毫米和3.1毫米波长的无线电波强度图，以及由尘埃散射的无线电波在0.87毫米和3.1毫米波长的偏振强度图。(下图)模拟提供了与上述观测的最佳一致。鸣谢:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、S. Ohashi等人

研究人员进一步观察了不同波长(0.87毫米，1.3毫米和3.1毫米)的圆盘，并研究了无线电波和偏振强度。根据尘埃的大小和密度，不同波长的无线电波强度比和尘埃散射的无线电波的偏振强度会发生变化。因此，可以通过将观测结果与具有各种尘埃尺寸和密度分布模式的模拟进行比较来估计尺寸和密度分布。

这揭示了构成行星的星际尘埃的增长程度。最佳拟合模拟表明，尘埃在盘的外部更大(超过大约40个天文单位；比太阳系中太阳到海王星的距离远一点)比内部要大，说明行星形成过程更高级。

行星形成理论认为行星形成始于圆盘的内部，但这项研究的结果与这一预期相矛盾，表明行星形成可能始于圆盘的外部。另一方面，发现尘埃与气体的比率比内部区域的正常星际空间高约10倍，尽管尘埃的尺寸较小。此外，这些尘埃颗粒很好地沉淀在圆盘的中平面上，这表明圆盘正在积累物质以形成行星。未来这种尘埃堆积可能会引发行星的形成。

ALMA极高的0.04弧秒空间分辨率以及对尘埃发出的无线电波(包括三种不同波长的偏振光)的观测使这些观测成为可能。这是第一次揭示没有行星特征的“光滑圆盘”中尘埃的大小和密度。这提供了关于行星形成地点的新信息，这些信息是以前的理论研究或对具有行星形成特征的圆盘的观察无法预测的。

在评论这项研究的意义时，Satoshi Ohashi说:“ALMA迄今为止已经成功捕获了各种各样的圆盘结构，并揭示了行星的存在。然而，另一方面，要回答这个问题，“行星的形成是如何开始的？”观察一个没有行星形成迹象的光滑圆盘是很重要的。我们认为这项研究非常重要，因为它揭示了行星形成的初始条件。"