行星形成之谜或将勘破：ALMA望远镜捕捉到行星形成第一现场

摘要：ALMA望远镜在一颗成型的行星外侧捕捉到了作为星形成原材料的尘埃的局部聚集现场。由日本国立天文台/综合研究大学院大学五年制博士生土井圣明（现为马克斯-普朗克天体物理研究所博士后）领导的一个国际研究小组利用ALMA望远镜在3毫米波长下对一颗名为PDS 70的年轻

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翻译：酥油饼

校对：孙宇峰

审核：牧夫天文校对组

美编：张少岩

后台：李子琦

原文链接：https://alma-telescope.jp/news/domino-202412.html

ALMA望远镜在一颗成型的行星外侧捕捉到了作为星形成原材料的尘埃的局部聚集现场。由日本国立天文台/综合研究大学院大学五年制博士生土井圣明（现为马克斯-普朗克天体物理研究所博士后）领导的一个国际研究小组利用ALMA望远镜在3毫米波长下对一颗名为PDS 70的年轻恒星周围的原行星盘进行了高分辨率观测。已知该恒星有两颗已经成型的行星，利用ALMA进行的新观测发现，尘埃在行星轨道外有局部堆积的现象。这一结果表明，已经成型的行星可能正在为下一颗行星收集物质，并推动其形成。这项研究有助于人们了解由多个行星组成的 “行星系统”（如太阳系）的形成过程。

迄今为止，人们已经发现了5000多颗行星，这些行星往往以多颗行星共同环绕一颗恒星的形式组成“行星系”。我们认为，这些行星是在环绕年轻恒星的原始行星盘中，由微米级的固体尘埃颗粒逐渐聚集而成。然而，这些尘埃究竟是如何聚合，进而形成行星系的具体过程仍然是未解之谜。

PDS 70是目前唯一一例在原始行星盘中可通过可见光和红外观测发现两颗已成型行星的天体（链接：https://www.eso.org/public/news/eso1821/）。对该天体中尘埃分布的研究，将有助于我们了解已成型的行星如何影响其周围的原始行星盘结构，以及它们对行星的进一步形成过程可能产生什么样的影响。

在过去的研究中，人们利用ALMA望远镜对PDS 70进行了0.87毫米波长的观测，发现其行星外侧有呈环状分布的尘埃辐射。然而，在该波长下，尘埃的光学厚度可能较高（透明度低，前方尘埃会遮挡后方尘埃），这意味着观测到的辐射分布并不一定真实反映尘埃本身的空间分布。

为了更准确地刻画尘埃的实际分布，土井等人的研究团队再次利用ALMA望远镜对PDS 70进行了3毫米波长的高分辨率观测。在3毫米波长下，尘埃的光学厚度较低（透明度更高），更容易获取尘埃的真实分布。最新的3毫米观测结果与以往0.87毫米观测得到的辐射分布大相径庭。研究发现，在行星外围的环状区域内，尘埃的辐射集中于特定方向。这一现象表明，成长后的尘埃正聚集在更狭窄的空间区域之中。

PDS 70的模拟彩色合成图像。左侧为ALMA望远镜在0.87毫米波长下的以前的观测图像，右侧为在3毫米波长下的最新的观测图像。除ALMA望远镜的观测数据（红色）之外，图中还合成了凯克望远镜的红外连续波图像（绿色）与VLT望远镜的可见光氢发射线图像（蓝色）。从中可以看出，在凯克与VLT望远镜所显示的行星外部区域，ALMA望远镜观测到的尘埃呈环状分布。在3毫米波长的观测图像中，尤其是西北方向（图像右上角）能明显看到尘埃辐射更为集中。

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), W. M. Keck Observatory, VLT (ESO), K. Doi (MPIA)

研究团队在行星之外发现的尘埃聚集现象，暗示着已成型的行星会将其外围的尘埃扫拢至狭窄区域。当这些集中在狭小区域的尘埃进一步融合后，便可能孕育出下一颗行星。像是太阳系这样由多颗行星组成的行星系的形成过程，或许正是由于上述这种过程的反复发生从而使行星以由内向外的顺序诞生。在本研究中，根据观测性证据显示，已成型的行星会影响其周围的原始行星盘结构，并推动整个行星系的形成历程。

本研究的领导者土井圣明表示：“同一个天体内的各成分在不同的波长下会有不同的辐射表现。因此，通过在多个波长对同一天体进行观测，可以对其中的各种元素进行特征刻画。在这项研究中，可见光与红外线观测锁定了行星本身，而射电观测则描绘了原始行星系盘的结构。此外，我们利用ALMA望远镜在不同波长下进行了观测，进一步展示了辐射分布随波长而变化，也由此说明了使用ALMA望远镜在不同波长下进行观测的重要性。由于各成分之间会相互影响，通过结合多种望远镜、多种观测条件所获的数据，将有助于加深我们对整个系统的理解。”

这项研究成果以“Asymmetric Dust Accumulation of the PDS 70 Disk Revealed by ALMA Band 3 Observations”（Doi et al.）为名，发表在美国天体物理学专业期刊《天体物理学快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。

ALMA望远镜（阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵）是欧洲南方天文台（ESO）、美国国家科学基金会（NSF）、以及日本自然科学研究机构（NINS）与智利共和国合作运营的国际天文观测设施。ALMA的建设与运营经费由ESO、NSF及其合作机构加拿大国家研究委员会（NRC）与台湾国家科学及技术委员会（NSTC）、NINS及其合作机构台湾中央研究院（AS）和韩国天文宇宙科学研究院（KASI）共同分担。ALMA的建设与运行工作分别由代表各自区域的机构执行：ESO代表欧洲成员国、由美国东北部大学联盟（AUI）管理的美国国家射电天文台代表北美、日本国立天文台代表东亚。联合ALMA观测所（JAO）统一负责ALMA的建设、测试观测和运营管理工作。

『天文湿刻』牧夫出品