追溯太陽系起點(diǎn)的新窗口

我們的太陽系誕生于45億年前，是由一團(tuán)塵埃和氣體云在自身引力作用下坍縮形成的。然而，天文學(xué)家還沒有完全搞清太陽系誕生初期的細(xì)節(jié)。

現(xiàn)在，在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，天文學(xué)家利用韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡（ALMA），首次觀測到一個正處于早期形成階段的行星系統(tǒng)，其特征與太陽系誕生初期非常相似。這是天文學(xué)家首次精準(zhǔn)捕捉到行星在一顆恒星周圍開始形成的瞬間，為我們了解類太陽系的起源過程提供了一個前所未有的窗口。

HOPS-315是一顆新生恒星，天文學(xué)家在這顆恒星的周圍觀測到行星形成最早階段的證據(jù)。（圖/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.）

孕育行星的搖籃

新研究所觀測的目標(biāo)，是一顆名為HOPS-315的原恒星，它距離地球約1300光年，與新生太陽非常類似。在這類原恒星周圍，天文學(xué)家常常能夠觀測到由氣體和塵埃組成的原行星盤——這正是新行星誕生的搖籃。

雖然過去人們曾在年輕的原行星盤中發(fā)現(xiàn)過類木星這樣的巨大新生行星，但天文學(xué)家深知——構(gòu)成行星的最初的固體物質(zhì)，或者說“星子”，定是在更早的階段形成的。

在太陽系中，最早在地球當(dāng)前軌道附近凝結(jié)的固體物質(zhì)，至今仍封存在古老的隕石之中。天文學(xué)家通過對這些原始巖石進(jìn)行定年，來確定太陽系形成的時間點(diǎn)。這些隕石中富含包含一氧化硅（SiO）的結(jié)晶礦物，能在年輕行星盤中的極高溫下凝結(jié)。隨著時間推移，這些新凝結(jié)出的固體會逐漸聚集，變得越來越大，最終孕育出行星雛形。太陽系中最早的千米級星子正是在這些結(jié)晶礦物凝結(jié)之后出現(xiàn)的，最終演化成地球或木星的核心。

左側(cè)圖像由ALMA拍攝，右側(cè)的兩幅插圖為藝術(shù)創(chuàng)作，描繪了一氧化硅分子冷卻并凝結(jié)為固體硅酸鹽的過程。（圖/ESO/L. Cal?ada/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.）

捕捉最初固體的凝結(jié)

此次，研究人員借助JWST，首次在HOPS-315周圍的原行星盤中，找到了這些熾熱礦物開始凝結(jié)的證據(jù)：他們的觀測結(jié)果顯示，一氧化硅不僅以氣態(tài)形式存在于恒星周圍，還出現(xiàn)在結(jié)晶硅酸鹽礦物中。這意味著，研究人員正目睹這一物質(zhì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的關(guān)鍵時刻——也正是在此刻，構(gòu)成行星的最初微粒正在誕生。這個過程此前從未在任何一個原行星盤中被觀測到。

從新生恒星 HOPS-315 噴出的一氧化硅（SiO）噴流。圖中藍(lán)色噴流正朝向地球運(yùn)動，紅色噴流則背離而去。JWST的觀測數(shù)據(jù)顯示，SiO氣體以約10千米/秒的速度移動，而該圖中由ALMA所觀測到的SiO噴流速度大約是JWST觀測的十倍。這表明那些緩慢移動的SiO氣體應(yīng)該位于恒星周圍一個非常小的區(qū)域，大致相當(dāng)于太陽系中小行星帶的范圍，由于這個區(qū)域太小，無法在此圖中直接看到。此外，ALMA觀測到的SiO氣體的豐度比預(yù)期的要低。由于噴流的成分應(yīng)該與它起源的盤相似，因此可以推斷出盤中的一些氣態(tài)SiO正在凝結(jié)成固態(tài)物質(zhì)。（圖/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.）

這些礦物最初是通過JWST發(fā)現(xiàn)的。為了進(jìn)一步確定這些信號的具體來源，研究團(tuán)隊(duì)又借助ALMA對這一系統(tǒng)進(jìn)行了觀測。綜合分析后，他們發(fā)現(xiàn)這些化學(xué)信號來自HOPS-315周圍的原行星盤的一個小區(qū)域，其位置大致相當(dāng)于太陽系中小行星帶的軌道。

換句話說，我們在這個新生恒星系統(tǒng)中看到的礦物和氣體，正好位于太陽系中巖質(zhì)行星和小行星形成區(qū)域相似的距離。正因如此，HOPS-315周圍的原行星盤為天文學(xué)家研究太陽系的早期歷史提供了一個絕佳的類比。

太陽系的“嬰兒期快照”

研究人員將這一成果比喻成一張?zhí)栂翟凇皨雰簳r期”的快照。這是目前已知最適合用來研究太陽系早期演化過程的系統(tǒng)之一。它也為探索銀河系中新生行星系統(tǒng)的形成提供了一個獨(dú)特的“觀察窗口”。

這項(xiàng)成果也彰顯了JWST與ALMA聯(lián)合觀測在揭示原行星盤奧秘方面的強(qiáng)大能力。研究人員表示，未來的任務(wù)之一，將是借助JWST和ALMA來尋找更多類似HOPS-315的年輕原行星盤。

#參考來源：

https://www.eso.org/public/news/eso2512/

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02058-z-CR2

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09163-z

#圖片來源：

封面圖 & 首圖：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.