天文学家借助年轻恒星周围的水蒸气揭开行星形成的“宇宙秘方”

研究人员在一颗年轻恒星周围的圆盘中发现了水蒸气，而这正是行星可能正在形成的地方。水是地球上生命的关键成分，也被认为在行星形成过程中起着重要作用，然而直到现在，天文学家还无法绘制出水在稳定、冷却的圆盘中的分布图，而这种圆盘为行星围绕恒星形成提供了最有利的条件。

天文观测的突破

这些新发现得益于智利阿塔卡马沙漠中的望远镜群--阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）。曼彻斯特大学的朱德瑞尔班克天体物理中心（Jodrell Bank Centre for Astrophysics）是英国ALMA区域中心节点（UK ARC）的所在地，该中心为使用ALMA的英国天文学家提供支持。

曼彻斯特大学高级客座研究员 Anita Richards 博士曾是英国 ARC 的成员，她在验证"波段 5"接收器系统运行的小组中发挥了关键作用，该系统对于 ALMA 生成详细的水图像至关重要。

理查兹博士说："直接测量行星形成过程中的水蒸气含量，让我们更进一步了解制造海洋世界有多容易--有多少水是附着在凝结的岩石上，还是主要是后来添加到几乎完全形成的行星上的？这种观测需要最干燥的条件，只有利用智利的 ALMA 阵列才能进行如此详细的观测"。

天文学家在一颗年轻恒星周围的圆盘中发现了水蒸气，而这正是行星可能正在形成的地方。在这张图片中，来自阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的新观测数据（ESO 是该阵列的合作伙伴）显示了水蒸气的蓝色色调。在年轻恒星所在的圆盘中心附近，环境温度更高，气体也更明亮。红色的环是 ALMA 之前的观测结果，显示了恒星周围尘埃的分布。资料来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S.Facchini et al.

来自金牛座 HL 星系统的发现

发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上的观测结果表明，在距离地球450光年的金牛座年轻的类太阳恒星HL Tauri的内盘中，水的数量至少是地球所有海洋的三倍。

领导这项研究的意大利米兰大学天文学家斯特凡诺-法奇尼说："我从未想象过，我们能在行星可能形成的同一区域捕捉到水蒸气海洋的图像"。

共同作者、意大利博洛尼亚大学天文学家莱昂纳多-特斯蒂补充说："在距离我们450光年的地方，我们不仅能探测到水蒸气，还能捕捉到详细的图像，并对水蒸气进行空间分辨，这确实非常了不起。"

利用ALMA进行的这些观测可以在一千米的距离上显示出像头发丝一样细小的细节，使天文学家能够确定水在圆盘不同区域的分布情况。

对行星形成的影响

在金牛座 HL 星圆盘存在一个已知缺口的区域发现了大量的水--一个行星可能正在形成的地方。在富含气体和尘埃的圆盘上，年轻的类行星天体在聚集物质并成长的过程中，会在圆盘上形成径向间隙。这表明，这些水蒸气可能会影响在这些区域形成的行星的化学成分。

但是，用地面望远镜观测水并非易事，因为地球大气中大量的水蒸气会降低天文信号的质量。

ALMA 由欧洲南方天文台（ESO）及其国际合作伙伴共同运营，位于海拔约 5000 米的高海拔地区，建在一个高而干燥的环境中，专门用于最大限度地减少这种退化，从而提供了卓越的观测条件。迄今为止，ALMA 是唯一能够绘制冷行星形成圆盘中水分布图的设施。

构成圆盘的尘粒是行星形成的种子，它们相互碰撞并聚集成越来越大的天体，围绕恒星运行。天文学家认为，在足够冷的地方，水会冻结在尘粒上，尘粒会更有效地粘在一起--这是行星形成的理想场所。

英国天文学研究中心（UK ARC）的成员正在为 ALMA 的重大升级做出贡献，ALMA 与欧洲南方天文台（ESO）的超大望远镜（ELT）也将在十年内上线，这将为行星的形成以及水在其中扮演的角色提供更清晰的视角。特别是 METIS（中红外 ELT 成像仪和摄谱仪），它将为天文学家提供行星形成盘内部区域的无与伦比的视角，像地球这样的行星就是在这里形成的。

编译自:ScitechDaily