对污染白矮星的研究发现恒星和行星共同成长

一个天文学家小组发现，在我们年轻的太阳系中，行星的形成比以前认为的要早得多，行星的组成部分与它们的母星同时成长。

对宇宙中一些最古老的恒星的研究表明，像木星和土星这样的行星的组成部分是在年轻恒星成长的过程中开始形成的。人们一直认为行星只有在恒星达到其最终大小时才会形成，但是发表在《自然-天文学》杂志上的新结果表明，恒星和行星是一起 "长大 "的。

这项由剑桥大学领导的研究改变了我们对包括我们自己的太阳系在内的行星系统如何形成的理解，有可能解决天文学中的一个重大难题。

"该研究的第一作者、剑桥大学天文学研究所的Amy Bonsor博士说："我们对行星如何形成有相当好的了解，但我们有一个悬而未决的问题是它们何时形成：行星的形成是早期开始的，当母星仍在成长，还是数百万年后?

为了尝试回答这个问题，Bonsor和她的同事们研究了白矮星--像我们的太阳这样的古老而微弱的恒星的残余物--的大气，以调查行星形成的组成部分。牛津大学、慕尼黑路德维希-马克西米利安大学、格罗宁根大学和哥廷根的马克斯-普朗克太阳系研究所的研究人员也参与了这项研究。

"一些白矮星是惊人的实验室，因为它们稀薄的大气层几乎就像天体的墓地，"邦索说。

通常情况下，行星的内部是望远镜所不能及的。但是有一类特殊的白矮星--被称为 "污染 "系统--在它们通常干净的大气中含有重元素，如镁、铁和钙。

这些元素一定是来自行星形成时留下的小行星等小天体，它们撞入白矮星并在其大气层中燃烧起来。因此，对被污染的白矮星的光谱观测可以探测那些被撕裂的小行星的内部，让天文学家直接了解它们的形成条件。

行星的形成被认为始于原行星盘--主要由氢、氦和微小的冰和尘埃颗粒组成--围绕着一颗年轻的恒星运行。根据目前关于行星如何形成的主要理论，尘埃粒子相互粘连，最终形成越来越大的固体体。这些较大的物体中，有些会继续增生，成为行星，有些则保持为小行星，就像目前研究中撞向白矮星的那些小行星。

研究人员分析了来自附近星系的200颗被污染的白矮星的大气层的光谱观测。根据他们的分析，在这些白矮星的大气中看到的元素混合物只能解释为许多原始小行星曾经融化，这导致重铁沉入核心，而较轻的元素漂浮在表面。这个过程被称为分化，是导致地球拥有一个富含铁的核心的原因。

"邦索尔说："熔化的原因只能归因于寿命很短的放射性元素，这些元素存在于行星系统的最初阶段，但在短短一百万年内就会衰变消失。"换句话说，如果这些小行星被某种在行星系统初期只存在非常短暂的时间的东西融化，那么行星的形成过程必须非常迅速地启动。"

这项研究表明，早期形成的情况很可能是正确的，这意味着木星和土星有足够的时间成长为目前的大小。

"邦索尔说："我们的研究补充了该领域越来越多的共识，即行星的形成很早就开始了，第一批星体与恒星同时形成。"对被污染的白矮星的分析告诉我们，这种放射性熔化过程是影响所有太阳系外行星形成的一个潜在的普遍的机制。

"这只是一个开始--每当我们发现一个新的白矮星，我们就可以收集更多的证据，了解更多关于行星如何形成的信息。我们可以追踪像镍和铬这样的元素，并说一个小行星在形成其铁核心时一定有多大。我们能够在系外行星系统中探测这样的过程，这很令人惊讶。"

Amy Bonsor是剑桥大学的皇家学会大学研究员。这项研究得到了英国皇家学会、西蒙斯基金会和欧洲研究理事会的部分支持。