一颗彗星状物体向一颗白矮星坠落的艺术家概念图。天文学家最近分析了237颗白矮星的大气层。来自彗星和小行星的物质与恒星相撞并“污染”了它们的大气层。图片来自ESA/Hubble/Wikipedia(CC BY 4.0)

行星系，就像我们自己的那样，是在围绕它们的恒星周围的尘埃和气体云中诞生的。但是，恒星和行星是否以大约相同的速度形成？还是它们以不同的速度形成？由英国剑桥大学领导的一支国际天文学家团队报道说，的确，恒星和行星是同时形成的，而且形成的速度相当快。研究人员在对237颗“受污染”的白矮星进行观测和模拟后得出了这个结论。

星星和行星是同时形成的

我们知道，行星是在围绕新生恒星的尘埃和气体云中形成的——称为原行星盘或星周盘。这些盘由氢、氦和冰尘颗粒组成。尘埃颗粒和其他物质逐渐聚集在一起，经过数百万年后，这些聚合体最终变成了行星体或类似婴儿行星的小天体。任何剩余的物质则成为了小行星和彗星。 然而，科学家们仍在争论行星形成的时间。是恒星和行星同时形成，还是行星在恒星形成数百万年后才开始形成？这项新研究表明是前者：恒星和行星倾向于同时形成。来自剑桥大学的首席作者艾米邦瑟表示： 我们对行星的形成方式有很好的了解，但我们仍然存在一个未解决的问题，即它们何时形成：是在母星还在成长时就开始形成，还是数百万年之后才开始形成？

“受污染”的白矮星

那么，研究人员是如何确定恒星和行星是一起形成的呢？他们观察研究了白矮星，准确地说是237颗。白矮星基本上是死星。然而，它们仍然有大气层，天文学家可以分析这些大气层来查看它们包含的物质。通常，这些大气层受到硅、镁、铁、氧、钙、碳、铬和镍等重元素的污染。这些元素与通常构成白矮星的氢和氦无关。

正如邦索所说： 一些白矮星是绝佳的实验室，因为它们的薄大气层几乎就像天体墓地一样。

熔融的小行星

这些元素是从哪里来的呢？很可能是来自小行星等小天体。这些小天体与白矮星碰撞，随后在它们的大气层中燃烧殆尽。小行星中的元素因此污染了白矮星的大气层。

分析结果很耐人寻味。它们表明这些小行星已经熔融了。这种熔融会导致重铁沉到核心，而较轻的元素则浮在表面。这个过程被称为分化，地球上也曾经发生过。事实上，它创造了地球富含铁的地核。邦索说： 融化的原因只能归因于非常短命的放射性元素，这些元素在行星系统早期存在，但在仅仅一百万年内就会衰变。换句话说，如果这些小行星是被某些仅在行星系统初期短暂存在的东西熔化的，那么行星形成的过程必须非常迅速地开始。

行星是在新形成的恒星周围的尘埃和气体云中诞生的。这些恒星被称为原行星盘或星周盘。这项新的研究表明，恒星和行星是同时形成并同时成长的。图源ESO L.Calcada

铁核小行星

共同作者蒂姆·利兴贝格在研究开始时就职于牛津大学，现在已经转至格罗宁根大学。他补充说，重元素的富集表明已经有铁核小行星坠入这颗恒星。而这样的铁核可能只有在碎片被强烈加热后才能形成，因为在这种情况下铁、岩石和更容易挥发的元素会被分离出来。

短寿命放射性元素的衰变释放的热量可能创造了这些铁核，就像我们自己太阳系中的小行星一样。我们推测这个元素是铝-26。这种元素也驱动了我们自己太阳系中行星核的形成。

了解恒星和行星如何形成

这些发现为行星系统如何形成和演化提供了新的视角。未来的观测可以基于这些结果进一步进行研究。邦索说： 我们的研究与补充了这个领域越来越多的共识，即行星的形成是很早期就开始的，第一批天体与恒星同时形成。对受污染的白矮星的分析告诉我们，这种放射性熔化过程是一种潜在的影响所有系外行星形成的普遍机制。这只是一个开始；每当我们发现一个新的白矮星，我们就能收集更多的证据，了解行星是如何形成的。我们可以追踪镍和铬等元素，并推断出一个小行星形成铁核时的大小。我们能够探测系外行星系统中的这种过程，这是令人惊奇的。

底线：一个国际研究小组发布了一项关于“受污染”白矮星的新研究，表明恒星和行星可能同时形成。

BY:Paul Scott Andersonand

FY:语心

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来源: 天文在线