天文学家发现行星形成的第一步

解开像地球这样的行星是如何形成的谜团是理解生命起源的一个重要问题。人们认为，当星际尘埃和气体聚集在原恒星周围的原行星盘中时，行星就会形成，但目前尚不清楚行星形成的地点、时间或方式。

另一方面，众所周知，当行星在圆盘内形成时，其引力会在圆盘上形成环状图案。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确定还没有行星存在的圆盘。然而，由于找到这种没有行星特征的圆盘并对其进行详细研究很困难，我们还不清楚行星是如何开始形成的。

在《天体物理学杂志》发表的新研究《ALMA三频观测揭示的DGTau原恒星周围光滑盘中的灰尘富集和颗粒生长》中，国际研究小组重点研究了一颗相对年轻的原恒星，DG金牛座(DGTau)，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察了圆盘中尘埃发射的波长1.3毫米的射电发射强度分布，并阐明了圆盘的详细结构。结果表明，DGTau周围的圆盘是光滑的，并且没有在较老的原恒星周围的圆盘中看到的环状图案。这表明DGTau的盘面中没有行星，并且该图像可能捕捉到了行星形成的前夕。

研究人员进一步在不同波长(0.87毫米、1.3毫米和3.1毫米)下观察圆盘，并研究无线电波和偏振强度。根据灰尘的大小和灰尘的密度，不同波长的无线电波强度的比率以及灰尘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灰尘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物质——星际尘埃的增长程度。最佳拟合模拟表明，圆盘外部的尘埃(超过约40个天文单位;比太阳系中太阳和海王星之间的距离远一点)比内部更大，这表明行星形成过程更为先进。

行星形成理论表明，行星形成是从圆盘的内部开始的，但这项研究的结果与这一预期相矛盾，并表明行星的形成可能是从圆盘的外部开始的。另一方面，尽管尘埃尺寸较小，但发现内部区域的尘埃与气体的比率比正常星际空间高出约10倍。此外，这些尘埃颗粒很好地沉积在圆盘的中平面上，表明圆盘正在积累物质形成行星的过程中。未来这些尘埃的积累可能会引发行星的形成。

这些观测是通过ALMA0.04角秒的极高空间分辨率以及对尘埃发射的无线电波(包括三种不同波长的偏振光)的观测而实现的。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。这提供了有关行星形成地点的新信息，这是以前的理论研究或对具有行星形成特征的圆盘的观察所无法预测的。

在评论这项研究的意义时，SatoshiOhashi表示：“迄今为止，ALMA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，‘行星是如何存在的’编队开始?“观察一个没有行星形成迹象的光滑圆盘非常重要。我们相信这项研究非常重要，因为它揭示了行星形成的初始条件。”