追溯太阳系起点的新窗口
我们的太阳系诞生于45亿年前，是由一团尘埃和气体云在自身引力作用下坍缩形成的。然而，天文学家还没有完全搞清太阳系诞生初期的细节。
现在，在一项新发表于《自然》杂志的研究中，天文学家利用韦布空间望远镜（JWST）和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA），首次观测到一个正处于早期形成阶段的行星系统，其特征与太阳系诞生初期非常相似。这是天文学家首次精准捕捉到行星在一颗恒星周围开始形成的瞬间，为我们了解类太阳系的起源过程提供了一个前所未有的窗口。
HOPS-315是一颗新生恒星，天文学家在这颗恒星的周围观测到行星形成最早阶段的证据。（图/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.）
孕育行星的摇篮
新研究所观测的目标，是一颗名为HOPS-315的原恒星，它距离地球约1300光年，与新生太阳非常类似。在这类原恒星周围，天文学家常常能够观测到由气体和尘埃组成的原行星盘——这正是新行星诞生的摇篮。
虽然过去人们曾在年轻的原行星盘中发现过类木星这样的巨大新生行星，但天文学家深知——构成行星的最初的固体物质，或者说“星子”，定是在更早的阶段形成的。
在太阳系中，最早在地球当前轨道附近凝结的固体物质，至今仍封存在古老的陨石之中。天文学家通过对这些原始岩石进行定年，来确定太阳系形成的时间点。这些陨石中富含包含一氧化硅（SiO）的结晶矿物，能在年轻行星盘中的极高温下凝结。随着时间推移，这些新凝结出的固体会逐渐聚集，变得越来越大，最终孕育出行星雏形。太阳系中最早的千米级星子正是在这些结晶矿物凝结之后出现的，最终演化成地球或木星的核心。
左侧图像由ALMA拍摄，右侧的两幅插图为艺术创作，描绘了一氧化硅分子冷却并凝结为固体硅酸盐的过程。（图/ESO/L. Calçada/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.）
捕捉最初固体的凝结
此次，研究人员借助JWST，首次在HOPS-315周围的原行星盘中，找到了这些炽热矿物开始凝结的证据：他们的观测结果显示，一氧化硅不仅以气态形式存在于恒星周围，还出现在结晶硅酸盐矿物中。这意味着，研究人员正目睹这一物质从气态转变为固态的关键时刻——也正是在此刻，构成行星的最初微粒正在诞生。这个过程此前从未在任何一个原行星盘中被观测到。
从新生恒星 HOPS-315 喷出的一氧化硅（SiO）喷流。图中蓝色喷流正朝向地球运动，红色喷流则背离而去。JWST的观测数据显示，SiO气体以约10千米/秒的速度移动，而该图中由ALMA所观测到的SiO喷流速度大约是JWST观测的十倍。这表明那些缓慢移动的SiO气体应该位于恒星周围一个非常小的区域，大致相当于太阳系中小行星带的范围，由于这个区域太小，无法在此图中直接看到。此外，ALMA观测到的SiO气体的丰度比预期的要低。由于喷流的成分应该与它起源的盘相似，因此可以推断出盘中的一些气态SiO正在凝结成固态物质。（图/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.）
这些矿物最初是通过JWST发现的。为了进一步确定这些信号的具体来源，研究团队又借助ALMA对这一系统进行了观测。综合分析后，他们发现这些化学信号来自HOPS-315周围的原行星盘的一个小区域，其位置大致相当于太阳系中小行星带的轨道。
换句话说，我们在这个新生恒星系统中看到的矿物和气体，正好位于太阳系中岩质行星和小行星形成区域相似的距离。正因如此，HOPS-315周围的原行星盘为天文学家研究太阳系的早期历史提供了一个绝佳的类比。
太阳系的“婴儿期快照”
研究人员将这一成果比喻成一张太阳系在“婴儿时期”的快照。这是目前已知最适合用来研究太阳系早期演化过程的系统之一。它也为探索银河系中新生行星系统的形成提供了一个独特的“观察窗口”。
这项成果也彰显了JWST与ALMA联合观测在揭示原行星盘奥秘方面的强大能力。研究人员表示，未来的任务之一，将是借助JWST和ALMA来寻找更多类似HOPS-315的年轻原行星盘。
#参考来源：
#图片来源：
封面图 & 首图：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.
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