天文学家揭示了水与行星形成之间的新联系

研究人员在一颗年轻恒星周围的圆盘中发现了水蒸气，而这正是行星可能形成的地方。水是地球上生命的关键成分，也被认为在行星形成中发挥着重要作用，但直到现在，天文学家还无法绘制出水在稳定、凉爽的圆盘中的分布情况——这种圆盘提供了围绕恒星形成行星的最有利条件。

天文学家首次测量了典型行星形成恒星周围的水蒸气含量。

这些新发现的实现得益于阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)——智利阿塔卡马沙漠中的一组望远镜。曼彻斯特大学 Jodrell Bank 天体物理学中心主办了英国 ALMA 区域中心节点 (UK ARC)。

Anita Richards 博士是曼彻斯特大学的高级访问学者，曾是英国 ARC 成员，她在验证“Band 5”接收系统运行情况的小组中发挥了关键作用，这对于 ALMA 生成详细的水的图像。

理查兹博士说：“直接测量行星形成处的水蒸气量，让我们更进一步了解创造海洋世界是多么容易——有多少水附着在聚集的岩石上，或者大部分是添加的后来到一颗几乎完全形成的行星?这种观测需要尽可能干燥的条件，并且只能使用智利的 ALMA 阵列进行如此详细的观测。”

今天发表在《自然天文学》杂志上的观测结果显示，年轻的类太阳恒星 HL Tauri 的内盘中的水量至少是地球所有海洋的三倍，该恒星距离地球 450 光年。金牛座。

领导这项研究的意大利米兰大学天文学家斯特凡诺·法基尼 (Stefano Facchini) 表示：“我从来没有想到我们能够在行星可能形成的同一区域拍摄到水蒸气海洋的图像。”

合著者、意大利博洛尼亚大学的天文学家莱昂纳多·泰斯蒂补充道：“我们不仅能够探测到，还能够捕捉到详细的图像，并在距离我们 450 光年的地方解析水蒸气，这确实很了不起。 ”

ALMA 的这些观测显示了千米距离处小至人类头发丝的细节，使天文学家能够确定水在圆盘不同区域的分布。

在金牛座 HL 盘中存在已知间隙的区域发现了大量的水，该区域可能是行星形成的地方。富含气体和尘埃的圆盘围绕年轻的类行星天体运行，当它们聚集物质并生长时，会在这些圆盘中形成径向间隙。这表明这种水蒸气可能会影响这些地区形成的行星的化学成分。

但是，用地面望远镜观测水并非易事，因为地球大气中丰富的水蒸气会降低天文信号的质量。

ALMA 由欧洲南方天文台 (ESO) 与其国际合作伙伴共同运营，坐落在海拔约 5,000 米处，建在高且干燥的环境中，专门为了最大限度地减少这种退化，提供卓越的观测条件。迄今为止，ALMA 是唯一能够绘制冷行星形成盘中水分布图的设施。

构成圆盘的尘埃颗粒是行星形成的种子，它们碰撞并聚集成绕恒星运行的更大的物体。天文学家认为，当温度足够低，水可以冻结在尘埃颗粒上时，物体会更有效地粘在一起，这是行星形成的理想地点。

英国 ARC 的成员正在为 ALMA 的重大升级做出贡献，欧洲南方天文台的极大望远镜 (ELT) 也在十年内上线，它将提供关于行星形成和水在其中所扮演的角色的更清晰的视图。特别是，METIS，中红外 ELT 成像仪和光谱仪，将为天文学家提供无与伦比的行星形成盘内部区域的视图，像地球这样的行星就是在那里形成的。