研究了237顆被“污染”的白矮星，科學家得出結(jié)論：恒星和行星同時形成的！

一顆彗星狀物體向一顆白矮星墜落的藝術(shù)家概念圖。天文學家最近分析了237顆白矮星的大氣層。來自彗星和小行星的物質(zhì)與恒星相撞并“污染”了它們的大氣層。圖片來自ESA/Hubble/Wikipedia(CC BY 4.0)

行星系，就像我們自己的那樣，是在圍繞它們的恒星周圍的塵埃和氣體云中誕生的。但是，恒星和行星是否以大約相同的速度形成？還是它們以不同的速度形成？由英國劍橋大學領(lǐng)導的一支國際天文學家團隊報道說，的確，恒星和行星是同時形成的，而且形成的速度相當快。研究人員在對237顆“受污染”的白矮星進行觀測和模擬后得出了這個結(jié)論。

星星和行星是同時形成的

我們知道，行星是在圍繞新生恒星的塵埃和氣體云中形成的——稱為原行星盤或星周盤。這些盤由氫、氦和冰塵顆粒組成。塵埃顆粒和其他物質(zhì)逐漸聚集在一起，經(jīng)過數(shù)百萬年后，這些聚合體最終變成了行星體或類似嬰兒行星的小天體。任何剩余的物質(zhì)則成為了小行星和彗星。 然而，科學家們?nèi)栽跔幷撔行切纬傻臅r間。是恒星和行星同時形成，還是行星在恒星形成數(shù)百萬年后才開始形成？這項新研究表明是前者：恒星和行星傾向于同時形成。來自劍橋大學的首席作者艾米邦瑟表示： 我們對行星的形成方式有很好的了解，但我們?nèi)匀淮嬖谝粋€未解決的問題，即它們何時形成：是在母星還在成長時就開始形成，還是數(shù)百萬年之后才開始形成？

“受污染”的白矮星

那么，研究人員是如何確定恒星和行星是一起形成的呢？他們觀察研究了白矮星，準確地說是237顆。白矮星基本上是死星。然而，它們?nèi)匀挥写髿鈱樱煳膶W家可以分析這些大氣層來查看它們包含的物質(zhì)。通常，這些大氣層受到硅、鎂、鐵、氧、鈣、碳、鉻和鎳等重元素的污染。這些元素與通常構(gòu)成白矮星的氫和氦無關(guān)。

正如邦索所說： 一些白矮星是絕佳的實驗室，因為它們的薄大氣層幾乎就像天體墓地一樣。

熔融的小行星

這些元素是從哪里來的呢？很可能是來自小行星等小天體。這些小天體與白矮星碰撞，隨后在它們的大氣層中燃燒殆盡。小行星中的元素因此污染了白矮星的大氣層。

分析結(jié)果很耐人尋味。它們表明這些小行星已經(jīng)熔融了。這種熔融會導致重鐵沉到核心，而較輕的元素則浮在表面。這個過程被稱為分化，地球上也曾經(jīng)發(fā)生過。事實上，它創(chuàng)造了地球富含鐵的地核。邦索說： 融化的原因只能歸因于非常短命的放射性元素，這些元素在行星系統(tǒng)早期存在，但在僅僅一百萬年內(nèi)就會衰變。換句話說，如果這些小行星是被某些僅在行星系統(tǒng)初期短暫存在的東西熔化的，那么行星形成的過程必須非常迅速地開始。

行星是在新形成的恒星周圍的塵埃和氣體云中誕生的。這些恒星被稱為原行星盤或星周盤。這項新的研究表明，恒星和行星是同時形成并同時成長的。圖源ESO L.Calcada

鐵核小行星

共同作者蒂姆·利興貝格在研究開始時就職于牛津大學，現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)至格羅寧根大學。他補充說，重元素的富集表明已經(jīng)有鐵核小行星墜入這顆恒星。而這樣的鐵核可能只有在碎片被強烈加熱后才能形成，因為在這種情況下鐵、巖石和更容易揮發(fā)的元素會被分離出來。

短壽命放射性元素的衰變釋放的熱量可能創(chuàng)造了這些鐵核，就像我們自己太陽系中的小行星一樣。我們推測這個元素是鋁-26。這種元素也驅(qū)動了我們自己太陽系中行星核的形成。

了解恒星和行星如何形成

這些發(fā)現(xiàn)為行星系統(tǒng)如何形成和演化提供了新的視角。未來的觀測可以基于這些結(jié)果進一步進行研究。邦索說： 我們的研究與補充了這個領(lǐng)域越來越多的共識，即行星的形成是很早期就開始的，第一批天體與恒星同時形成。對受污染的白矮星的分析告訴我們，這種放射性熔化過程是一種潛在的影響所有系外行星形成的普遍機制。這只是一個開始；每當我們發(fā)現(xiàn)一個新的白矮星，我們就能收集更多的證據(jù)，了解行星是如何形成的。我們可以追蹤鎳和鉻等元素，并推斷出一個小行星形成鐵核時的大小。我們能夠探測系外行星系統(tǒng)中的這種過程，這是令人驚奇的。

底線：一個國際研究小組發(fā)布了一項關(guān)于“受污染”白矮星的新研究，表明恒星和行星可能同時形成。

BY:Paul Scott Andersonand

FY:語心

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