一颗新行星在气体和尘埃的旋转圈中开始其生命，这个摇篮被称为原恒星盘。我和我的同事使用计算机模拟表明，这些盘中的新生气体行星可能具有令人惊讶的扁平形状。这一发现发表在《天文学和天体物理学快报》上，可以丰富我们对行星形成方式的了解。

新研究称新生的气态行星可能出人意料地平坦

观察刚刚形成且仍在原恒星盘内的原行星是极其困难的。到目前为止，仅观察到三颗这样的年轻原行星，其中两颗位于同一系统 PDS 70 中。

我们需要找到年轻且足够近的系统，以便我们的望远镜能够探测到来自行星本身的微弱光线，并将其与圆盘的光线区分开来。行星形成的整个过程只持续几百万年，在天体物理尺度上不过是眨眼的功夫。这意味着我们需要运气好才能在形成过程中抓住它们。

我们的研究小组进行了计算机模拟，以确定气态原行星在行星摇篮的各种热条件下的特性。

模拟具有足够的分辨率，能够从早期阶段跟踪盘中原行星的演化，当时它只是盘内的凝结。此类模拟对计算的要求很高，并且在英国天体物理学超级计算设施 DiRAC上运行。

通常，多个行星在一个圆盘内形成。研究发现，原行星的形状被称为扁球体，如聪明豆或巧克力豆，而不是球形。它们主要通过极地而不是赤道吸收气体来生长。

从技术上讲，太阳系中的行星也是扁球体，但它们的扁平度很小。土星的扁平度为 10%，木星为 6%，而地球仅为 0.3%。

相比之下，原行星的典型扁平化程度为 90%。这种扁平化会影响原行星的观测特性，在解释观测结果时需要考虑到这一点。

行星如何开始

最广泛接受的行星形成理论是“核心吸积”理论。根据这个模型，比沙子还小的微小尘埃颗粒相互碰撞、聚集在一起并逐渐成长为越来越大的物体。这实际上就是床下的灰尘在不清洁的情况下发生的情况。

一旦尘埃核心具有足够大的质量，它就会从盘中吸收气体形成一颗气态巨行星。这种自下而上的方法需要几百万年的时间。

相反的、自上而下的方法是磁盘不稳定理论。在这个模型中，年轻恒星的原恒星盘在引力上是不稳定的。换句话说，它们太重而无法维持，因此会碎裂成碎片，进而演化成行星。

核心吸积理论已经存在很长时间了，它可以解释太阳系形成的许多方面。然而，盘的不稳定性可以更好地解释我们近几十年来发现的一些系外行星系统，例如气态巨行星的轨道距离其主恒星非常远的系统。

这一理论的吸引力在于，行星的形成速度非常快，只需几千年，这与行星存在于非常年轻的圆盘中的观察结果是一致的。

我们的研究重点是通过盘不稳定性模型形成的气态巨行星。它们之所以扁平，是因为它们是由已经扁平的结构(原恒星盘)压缩形成的，而且还因为它们的旋转方式。

没有平坦的地球

尽管这些原行星总体上非常扁平，但它们的核心(最终将演化为我们所知的气态巨行星)的扁平度较小——仅扁平约 20%。这只是土星扁平化的两倍。随着时间的推移，它们预计将变得更加球形。

岩石行星，如地球和火星，不能通过盘的不稳定性形成。人们认为它们是通过尘埃颗粒慢慢聚集到卵石、岩石、公里大小的物体以及最终形成行星而形成的。它们太密了，即使刚出生也不会明显变平。地球在年轻时不可能达到如此高度的扁平化。

但我们的研究确实支持了在某些行星系统中的某些世界中盘不稳定的作用。

我们现在正从系外行星发现时代转向系外行星表征时代。许多新的天文台即将投入运营。这些将有助于发现更多嵌入其盘中的原行星。计算机模型的预测也变得更加复杂。

这些理论模型和观测结果之间的比较使我们越来越接近了解太阳系的起源。