发现围绕年轻恒星的巨大气盘后行星形成理论受到质疑

艺术家对49 Ceti附近富含气体的碎片盘的印象。

使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）的天文学家发现了一颗年轻的恒星，周围环绕着惊人的气体。这颗名为49 Ceti的恒星已有4000万年的历史，传统的行星形成理论预测，气体应在该年龄之前消失。令人难以置信的大量气体要求重新考虑我们目前对行星形成的理解。

行星由气态尘埃状磁盘围绕年轻恒星形成，这些尘土磁盘称为原行星盘。尘埃粒子聚集在一起，形成类似于地球的行星，或者通过从圆盘上收集大量气体以形成类似木星的气态巨型行星，从而成为更大型行星的核心。根据目前的理论，随着时间的流逝，磁盘中的气体要么被合并到行星中，要么被来自中心恒星的辐射压力吹走。最终，这颗恒星被行星和一团尘土飞扬的碎片所包围。这个尘土飞扬的圆盘叫做碎片圆盘，它暗示着行星的形成过程已接近尾声。

灰尘的分布以红色显示；一氧化碳的分布以绿色显示；碳原子的分布以蓝色显示。

射电望远镜的最新进展使这一领域感到惊讶。天文学家已经发现，几个碎片盘仍然拥有一定数量的气体。如果气体在碎片盘中停留的时间很长，行星种子可能有足够的时间和物质演化为像木星这样的巨型行星。因此，碎片盘中的气体会影响所得行星系统的组成。

“我们通过使用ASTE望远镜进行了100多个小时的观察，在Ceti 49附近的碎片盘中发现了原子碳气体，”日本国家天文台（NAOJ）的天文学家Aya Higuchi说。ASTE是由NAOJ运营的智利直径10米的射电望远镜。“作为自然的扩展，我们使用ALMA来获得更详细的视图，这给了我们第二个惊喜。事实证明，在49 Ceti附近的碳气比我们先前的估计要丰富10倍。”

灰尘的分布以红色显示；一氧化碳的分布以绿色显示；碳原子的分布以蓝色显示。

由于ALMA的高分辨率，该小组首次揭示了碎片盘中碳原子的空间分布。碳原子比一氧化碳分布更广泛，一氧化碳是年轻恒星周围第二大最丰富的分子，而氢分子是最丰富的。碳原子的数量如此之大，以至于研究小组甚至从一种稀有形式的13C碳中检测到微弱的无线电波。这是在任何天文物体中首次检测到492 GHz时13C发射，通常隐藏在正常12C发射之后。

Higuchi说：“ 13C的含量仅为12C的1％，因此在碎片盘中检测到13C完全是出乎意料的。”“有明显证据表明，49 Ceti的天然气量惊人地多。”

气体的来源是什么？研究人员提出了两种可能性。一个是残留气体在行星形成的最后阶段幸免于耗散过程。然而，在活跃的行星形成阶段，第49 Ceti附近的气体数量与年轻得多的恒星周围的气体数量相当。没有理论模型可以解释这么多的气体可以持续这么长时间。另一种可能性是气体是通过像彗星这样的小物体的碰撞而释放的。但是，解释49 Ceti附近大量天然气所需的碰撞次数太大，无法容纳在当前的理论中。ALMA的当前结果促使人们重新考虑行星形成模型。

论文和研究团队的观测
结果发表在以下论文中：Hi口惠子，Kazuya Saigo，Hiroshi
Kobayashi的Aya E. Higuchi，Kazunari Iwasaki，Munetake Momose，Kang Lou撰写的“ 49 Ceti与ALMA的亚秒亚毫米波[CI]图像”不久，酒井奈美（Nami Sakai），国元昌信（Masanobu Kunitomo），石原大辅（Daisuke Ishihara）和山本中智（Satoshi Yamamoto），2019年10月3日，《天体物理学杂志》。
10.3847 / 1538-4357 / ab3d26

Hiyachi，Yoko Oya和Satoshi Yamamoto首次与ALMA首次探测到49 Ceti气态碎片盘中的亚毫米波[13C i] 3 P 1-3 P 0发射，2019年11月8日，天体物理学期刊快报.DOI：
10.3847 / 2041-8213 / ab518d

研究小组成员包括：Hi
口彩（日本国立天文台），大谷洋子（东京大学），西屋和也（日本国立天文台），小林浩史（名古屋大学），岩崎和成（日本国立天文台） ），Munetake Momose（茨城大学），Kang Lou Soon（茨城大学），Nami Sakai（理研），Masanobu Kunitomo（久留米大学），Ishihara Daisuke（日本太空探索社）和Satoshi Yamamoto（东京大学）

这项研究得到了JSPS KAKENHI（17H01103、18H05441、18H05222、18K03713、19H05090、19H05069、19K14753）的支持。