这颗处于婴儿期的系外气态巨行星可能颠覆了经典行星形成理论

像木星这样的气态巨行星的质量是地球的成百上千倍。如此巨大的世界的诞生方式长期以来一直引发激烈的争论。在4月4日发表在《自然·天 学》上的一项研究中，研究人员发现了一颗遥远的太阳系外巨行星，他们认为它的形成方式是由在自身重力作用下坍缩的气体形成的，这种机制被称为“吸积盘不稳定性”。

这与更广泛接受的巨行星形成理论形成鲜明对比，这种理论被称为“核心吸积”模型——尘埃和岩石积聚到一起，慢慢形成一个具有足够重力的行星核心，可以从恒星吸积盘中吸入气体。

美国宇航局艾姆斯研究中心和昴星团望远镜天 学家塞恩·柯里（Thayne Currie）使用位于夏威夷毛纳基山天 台的昴星团望远镜和哈勃太空望远镜分析了年轻的御夫座 AB 星。御夫座 AB 星位于御夫座，距地球近 510 光年，大约是太阳质量的 2.4 倍，亮度是太阳的 60 倍，只有大约 100 万到 500 万年的历史。按恒星标准计算，御夫座 AB 星是个婴儿——相比之下，我们的太阳已经有46亿年的历史了。

科学家之所以对御夫座 AB 星很感兴趣，除了因为它很年轻，还因为它的吸积盘包含可能表明原行星存在的扭结螺旋特征。

果然，在这颗恒星的原行星盘内，研究人员发现了他们认为是一颗正在生长的木星大小的系外行星，它被命名为御夫座 AB b，它的质量约为木星的 9 倍，宽度是木星的 2.75 倍。我们已经确定了太阳系以外的大约 5000 颗系外行星，但只有几十颗被直接成像，御夫座 AB b就是其中之一。

使用昴星团望远镜和哈勃太空望远镜，柯里领导的该团队放大了御夫座 AB星吸积盘的一个旋臂中的一个明亮斑点。它可能只是吸积盘中更密集的部分，会散射更多的星光，但柯里说，光的性质表明它是从内部发出的，而不是反射其母星的光。具体来说，它是由在其形成过程中依然发热的原行星发出的。这个光团的尺寸巨大——比太阳和地球之间的距离还要大，这表明它仍然被气体笼罩，使其表观尺寸膨胀。

御夫座 AB b离它的恒星很远，是海王星离太阳的三倍，是地球距离太阳的93倍。

昴星团望远镜拍摄到的御夫座 AB 恒星图像，其中明亮的中央恒星已被遮盖，其位置由星号 (☆) 指示。新发现的原行星御夫座 AB b在吸积盘中的旋臂上。黄色虚线显示了海王星在太阳系中的轨道大小，以作为比例。

行星形成的经典理论始于尘埃颗粒粘在一起，逐渐形成“小行星”，大小达数公里。这些小行星通过与其他小行星碰撞而成长，直到它们成为原行星，直径达数百或数千公里。在那个尺寸下，它们可以利用自身的重力吸入更多的尘埃和气体。如果一颗原行星达到几个地球质量，它可以抓住一层厚厚的气体外壳，变成像木星或土星一样的气态巨行星。这就是行星形成的“核心吸积”理论。

然而，在距离恒星很远的地方，模拟表明小行星碰撞是罕见的，因此建立行星核心需要很长时间，而且来自新生恒星的风会在行星核心将气体吸起之前吹走它们。为了解释像木星这样的行星如何绕过这个问题，一些科学家提出了“石块聚集”（pebble accretion）理论。这个设想认为，外盘中的小行星可以增长得更快，不是通过碰撞，而是通过抓住鹅卵石大小的物质，这些物质已经变得迟缓，更容易被浓稠的气体捕捉到。这种聚集得益于这种气体阻力导致更多的石块从外盘向内漂移到行星形成的地方。

但“石块聚集”理论似乎也难以解释像御夫座 AB b这样巨大而且距离其母星那么遥远的巨行星的形成。柯里说：“我不明白你怎么能在 93 个天 单位处让卵石吸积形成一颗 9 个木星质量的行星，并且它会在 200 万年后发光。”1天 单位就是地球与太阳之间的距离。

因此，柯里认为，唯有“吸积盘不稳定性”理论可以解释御夫座 AB b形成。“吸积盘不稳定性”机制只会在富含冷气体的吸积盘的外围真正起作用，那里的恒星引力很弱，气体自身的引力会自行坍缩。

美国华盛顿特区卡内基科学研究所的理论天体物理学家艾伦·博斯 (Alan Boss) 没有参与这项研究，但正是他在1997年提出了“吸积盘不稳定性”理论。他说：“这一发现有力地证明了通过被视为异端的‘吸积盘不稳定性’机制形成了一颗巨大的气态巨行星。 ”

博斯说，御夫座 AB b 以大团块的形式出现这一事实支持了“吸积盘不稳定性”，因为任何行星都是由更大的气体云凝结而成的。

研究人员能够使用哈勃的太空望远镜成像光谱仪 (STIS) 及其近红外相机和多目标光谱仪 (NICMOS) 在 13 年的跨度内直接对新形成的系外行星御夫座 AB b 进行成像。右上角是哈勃在 2007 年拍摄的 NICMOS 图像，显示御夫座 AB b 与其主星相比处于正南位置，该主星被仪器的日冕仪覆盖。STIS 在 2021 年拍摄的图像显示，随着时间的推移，这颗原行星以逆时针方向运动。