在探索宇宙奧秘的征程中，天文學(xué)家們又有了一項(xiàng)令人振奮的發(fā)現(xiàn)。一項(xiàng)發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的新研究，為我們揭開了HH 30天體中塵埃運(yùn)動(dòng)的神秘面紗，還成功捕捉到了行星誕生的關(guān)鍵聚集步驟。
行星的形成是一個(gè)復(fù)雜而漫長(zhǎng)的過程，其基礎(chǔ)是原行星盤中塵埃與氣體的逐步聚集。原行星盤就像是行星誕生的初始舞臺(tái)，我們?nèi)粘Ｓ^測(cè)到的任何已知行星，其誕生都離不開這一過程。在構(gòu)建行星形成理論時(shí)，這種演化邏輯已得到廣泛驗(yàn)證，但在具體天體的細(xì)節(jié)觀測(cè)方面，卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。
行星形成理論的核心環(huán)節(jié)是塵埃聚集。從微米級(jí)的細(xì)小顆粒，歷經(jīng)一系列變化，成長(zhǎng)為千米級(jí)的星子，最終形成行星，每一步都需要特定的動(dòng)力學(xué)條件。當(dāng)在一個(gè)天體系統(tǒng)中檢測(cè)到塵埃聚集的痕跡時(shí)，就能推斷它處于行星形成的某個(gè)階段；若能檢測(cè)到完整的聚集過程，便能還原行星誕生的關(guān)鍵脈絡(luò)。
此次觀測(cè)的主角——HH 30天體，是一個(gè)位于金牛座的年輕恒星系統(tǒng)。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，它距離地球約450光年，中心恒星質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的0.8倍，正處于恒星演化的早期階段。其周圍的原行星盤保留著行星形成的原始信息，是研究行星誕生的理想目標(biāo)。
此前，天文學(xué)家借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)HH 30天體進(jìn)行了初步觀測(cè)，捕捉到了其原行星盤的基本輪廓，發(fā)現(xiàn)盤中存在塵埃分布不均的現(xiàn)象。然而，僅依靠可見光波段觀測(cè)，無法準(zhǔn)確揭示塵埃的運(yùn)動(dòng)軌跡和聚集機(jī)制。
為了深入了解HH 30天體的塵埃運(yùn)動(dòng)規(guī)律，此次研究使用了位于智利的“阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列”（ALMA）進(jìn)行高分辨率、長(zhǎng)時(shí)間序列的觀測(cè)。ALMA與哈勃空間望遠(yuǎn)鏡不同，它能夠精準(zhǔn)捕捉毫米波波段的輻射信號(hào)，這是探測(cè)原行星盤中冷塵埃分布與運(yùn)動(dòng)的最佳波段。
觀測(cè)結(jié)果令人驚喜，HH 30天體的原行星盤內(nèi)，塵埃并非隨機(jī)擴(kuò)散，而是呈現(xiàn)出規(guī)律性的螺旋狀運(yùn)動(dòng)。通過動(dòng)力學(xué)模型的擬合，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)塵埃在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)主動(dòng)向盤內(nèi)特定區(qū)域聚集，形成了明顯的塵埃環(huán)結(jié)構(gòu)。
這一發(fā)現(xiàn)極具顛覆性，完全印證了行星形成理論中“塵埃聚集成核”的關(guān)鍵假說，表明HH 30天體正處于行星誕生的核心階段。那么，是什么機(jī)制驅(qū)動(dòng)了這種塵埃聚集呢？研究指出，這是恒星引力與原行星盤內(nèi)氣體湍流共同作用的結(jié)果，屬于“引力 - 湍流耦合”的塵埃聚集模式。
在這種模式下，HH 30原行星盤中的塵埃顆粒在引力作用下向中心區(qū)域靠攏，同時(shí)氣體湍流會(huì)篩選出尺寸適宜的顆粒，避免過小顆粒被吹散、過大顆粒提前碰撞碎裂。這種平衡狀態(tài)推動(dòng)了塵埃的穩(wěn)定聚集，為行星誕生提供了“物質(zhì)基礎(chǔ)”，因此此次觀測(cè)被稱為“行星誕生關(guān)鍵步驟的全程記錄”。
為了探究這種塵埃聚集模式的效率，科學(xué)家利用現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)建立了行星形成模擬模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HH 30天體的塵埃聚集速度遠(yuǎn)超預(yù)期，僅需約100萬年就能從微米級(jí)顆粒形成千米級(jí)星子。而傳統(tǒng)理論預(yù)測(cè)，同類天體的塵埃聚集時(shí)間大約需要500萬年至1000萬年。
這一發(fā)現(xiàn)表明，行星的誕生過程并非如之前認(rèn)為的那樣緩慢。在特定動(dòng)力學(xué)條件下，塵埃聚集可以快速完成，這為我們解釋“為何在年輕恒星系統(tǒng)中能快速檢測(cè)到行星信號(hào)”提供了重要線索。不過，目前我們尚不清楚這種高效塵埃聚集模式在宇宙中年輕恒星系統(tǒng)中的普遍程度，相關(guān)觀測(cè)研究仍在持續(xù)進(jìn)行。
