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天文学首颗“开天辟地”行星,揭开失落环节之谜

天文学家首次在原行星盘的环状间隙中直接观测到一颗名为 WISPIT 2b 的系外行星,这填补了行星形成理论中的一个关键“缺失环节”。这一发现证实了新生行星通过清理其轨道上的物质,在气体尘埃盘中制造出环状间隙。这为我们理解行星从气体云坍缩到最终形成的完整过程提供了确凿的证据,标志着我们对行星诞生机制的理解取得了重大突破。

行星如何形成?

宇宙中必然存在一种创造行星的机制,最直接的证据就是我们太阳系本身的存在。但要完整地描绘这个过程,我们需要一步步地追溯,从恒星诞生前的气体云,一直到一个成熟的行星系统。由于这个过程长达数百万年,我们无法实时观察,只能通过观测不同阶段的天体来拼凑出完整的图景。

长期以来,这个图景中存在一个关键的“缺失环节”,直到 WISPIT 2b 的发现,我们才终于补上了这块拼图。

理论上的行星诞生步骤

在获得观测证据之前,天文学家已经勾勒出了一个理论框架,描述了行星形成的大致顺序:

  • 第一步:气体云坍缩。 一大片星际气体云在自身引力下坍缩并分裂,形成许多独立的区域,每个区域都将诞生一颗或多颗新的恒星。

  • 第二步:原行星盘形成。 在新生的原恒星周围,剩余的气体和尘埃会形成一个旋转的盘状结构,即 原行星盘

  • 第三步:盘中出现结构。 原本均匀的盘面开始出现不稳定性,形成了环状、旋臂状的结构,以及物质被清空的 间隙

  • 第四步:行星形成与盘面消散。 在这些间隙中,物质聚集形成行星。当恒星被完全点燃后,其星风会将原行星盘中剩余的气体和尘埃吹走,只留下行星和一些残骸。

  • 第五步:系统成熟。 最终,剩余的尘埃碎片也被清理干净,留下一个稳定的、成熟的行星系统。

寻找证据的漫长道路

天文学家已经为上述大部分步骤找到了有力的观测证据。

  • 恒星的诞生: 我们已经观测到,正在形成恒星的气体云确实会分裂成多个核心,这解释了为什么宇宙中存在大量的双星或多星系统。

  • 原行星盘的存在: 在猎户座星云等年轻的恒星形成区,我们发现了大量被原行星盘环绕的年轻恒星。这些盘在可见光下呈现为黑暗的剪影,在红外光下则发出明亮的光芒。

  • 盘中的间隙与环: 通过高分辨率望远镜,我们发现许多原行星盘并非均匀分布,而是充满了 间隙和环。一个普遍的猜测是,这些间隙正是由正在形成的行星“清扫”其轨道而产生的。

我们虽然可以对这些盘进行成像并看到其中的间隙,也可以在行星演化的后期阶段直接拍摄到它们,但我们从未真正看到一个带有间隙的盘,并在间隙中观测到一颗行星。

这就是理论与观测之间的“缺失环节”。我们怀疑是行星造成了间隙,但一直没有直接证据。

WISPIT 2b:填补关键的缺失环节

2025 年的这项发现彻底改变了局面。天文学家通过对恒星 WISPIT 2 的高分辨率直接成像,首次明确地在一个原行星盘的双环之间,发现了一颗正在形成的行星。

这颗名为 WISPIT 2b 的行星具有以下关键特征:

  • 位置明确: 它清晰地位于一个延伸数百个天文单位(地日距离)的原行星盘的两个亮环之间的 间隙 中。
  • 质量巨大: 它的质量约为木星的 4.9 至 5.3 倍,是一颗巨大的气态巨行星。
  • 仍在成长: 数据表明,这颗年轻的行星仍在从周围环境中吸积物质,每年增长约 4.5 千万亿吨。
  • 年龄吻合: 其母恒星的年龄约为 500 万年,这与我们之前对行星形成时间线的推断完全一致。

新发现的意义

WISPIT 2b 的发现是决定性的,它首次提供了 直接证据,证明了原行星盘中的间隙确实是由行星清理其轨道造成的。这不再是一个理论推测,而是一个经过验证的事实。

这一发现意味着:

  • 验证了核心理论: 它为行星形成的核心吸积模型提供了最强有力的支持。
  • 解释了盘的结构: 现在我们可以更自信地说,当我们看到原行星盘中的间隙时,那里很可能就隐藏着一颗新生的行星。
  • 指明了未来方向: 这表明,利用现有最先进的望远镜技术,我们有能力直接探测到这些正在形成中的巨大行星。未来,天文学家有望在更多的原行星盘间隙中找到行星,从而完整地描绘出宇宙中绝大多数行星的诞生故事。