天文學家近來對行星形成的研究取得重大進展，一項由美國威斯康辛大學麥迪遜分校領導的國際研究，利用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA），對30顆年輕恆星周圍旋轉的氣體及其質量隨時間的變化進行了最精確的測量，成功繪製出盤中氣體質量隨時間演化的最精準輪廓。這項成果不僅拼湊了行星形成過程的重要線索，更揭示形成巖質行星、氣態巨行星或冰巨行星的可能條件。
圖說：藝術家所描繪原行星盤。新研究發現，原行星盤內氣體的壽命決定了行星形成的時間尺度。圖片來源：NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello
研究人員表示為了了解一個系統中可能存在哪些型別的行星，以及有多少顆行星，最基本的要求是瞭解年輕恆星周圍行星盤的質量，我們稱這些行星盤為原行星盤。研究團隊關注的恆星年齡從不到100萬年到超過500萬年不等，這聽起來好像很古老，但對於恆星來說，這仍然只是個嬰兒時期。我們的太陽系大約有45億年的歷史，所以，這些只有幾百萬年的恆星系統實際上還只是嬰兒。嬰兒恆星很可能一開始就依附在原行星盤上，以質量計算，原行星盤約由1%的塵埃和99%的氣體（主要是氫和氦）組成。之前的研究依靠的是一氧化碳與氫的固定比例，一氧化碳雖然在圓盤中含量不是特別豐富，但卻很容易被無線電望遠鏡所「看到」。新的研究則採用了更精細的方法，透過追蹤N2H+的強度，可以解釋圓盤氣體含量在最初幾百萬年的變化方式。
現在，我們可以看到在原行星盤的最初幾百萬年中，其氣體質量呈現快速下降的趨勢，之後氣體的流失速度開始減緩，而灰塵質量可能會隨著時間穩定下降。因此若要形成像木星這樣的氣體巨行星，就必須在氣體還在的時候開始進行，而這只有幾百萬年的時間。像我們這樣的巖質行星，其形成過程則可以悠閒地進行數億年。現在，研究團隊將著手測量原行星盤最內層區域的化學成分，像地球這樣的巖質行星正是在此形成。韋伯太空望遠鏡更擅長追蹤圓盤內部區域的熱物質，研究人員最近獲得了30個目標原行星盤的韋伯資料，這些資料將有助於天文學家檢視圓盤內部的物質，也就是我們認為巖質行星形成的地方，研究人員表示如果能觀察到圓盤中的化學成分，就能知道圓盤中的行星是如何形成的。相關研究成果即將發表於《The Astrophysical Journal》期刊上。（編譯／趙瑞青）
資料來源：University of Wisconsin-Madison
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