Astronomers have found evidence of a process that supports an alternative, more rapid approach to planetary formation, more top down than bottom up.

There Might Be More Than One Way to Make a Planet

当谈到形成一个行星时，天文学家们长期以来一直遵循乔治亚大学模拟物理中心的天文学家卡桑德拉·霍尔所称的“自下而上”方法：环绕年轻恒星的气体和尘埃在数百万年中慢慢团聚在一起，其引力将其塑造成一个圆形物体。

但霍尔博士及其同事本月在《自然》杂志上发表的一项发现表明，情况可能更加复杂。

在距离地球508光年的一个星系中，研究人员发现支持一种替代的“自上而下”行星形成方法的条件，在这种方法中，围绕年轻恒星旋转的肥沃物质迅速坍缩成一个行星。这种机制被称为引力不稳定性，可能解释了那些已知沿相对年轻恒星的宽轨道运行的神秘巨大世界的存在。

“之前从未有过确凿的证据证明它发生过，”霍尔博士在一封电子邮件中写道。“我们找到了！”

宇宙物质在幼星周围激荡，蕴含着行星形成的巨大潜力。这种物质被称为原行星盘，其旋转通常受宿主星的引力驱动。但如果这个盘足够大，就会受到自身引力的影响，从而导致年轻星系的不稳定。盘中高密度区域以螺旋臂的形式出现，类似于飓风中旋转云层的形状。

“这颗星就像风暴的中心，”加拿大维多利亚大学的研究生杰斯·斯皮迪（Jess Speedie）说道，他在天体物理学家东若冰（Ruobing Dong）的指导下主导了这项研究。

据斯比迪女士称，如果那些手臂吸引到足够的物质，它们可能会碎裂成团块，进一步坍缩成巨型气体行星。而这可能在仅仅几百年内就会发生，而不是理论上所认为的需要数百万年的“自下而上”核心积累方法。

“这两种理论在天文学中争论已久，”斯皮迪女士说。“我们首次发现了确定性证据，证明引力不稳定性途径是可以发生的。”

引力不稳定的盘面可能是那些过于庞大且远离宿主恒星的行星的孕育之所，这些行星无法仅仅通过核心积聚的方式来解释。2022年，天文学家报告发现了一颗围绕AB Aurigae（这颗恒星不超过四百万年）运行的原行星，其质量是木星的九倍。这颗天体距离恒星8.6亿英里——超过了我们太阳与冥王星之间距离的两倍。

类似的行星在其他地方也被发现。“通过‘自下而上’的过程来解释它们的形成几乎是不可能的，”霍尔博士说。“按照核心——聚集模型，外面不应该有足够的固体物质来形成这些物体。”

在1980年代，天文学家提出了一个观点，认为引力不稳定性可能会产生这些非常规行星。但他们缺乏证明这一点的方法。在2020年发布的一项模拟中，霍尔博士及其同事展示了在引力不稳定的光盘中，物质的速度以一种特征性的模式变化。

多年后，她的团队将智利的阿塔卡马大毫米/次毫米阵列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）指向星星AB Aurigae，发现了模拟所预测的确切特征。

多年后，她的团队将位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）指向了星星AB Aurigae，发现了与模拟预测一致的精确特征。

这项新研究是“相当可信的，”未参与该研究的密歇根大学天文学家李·哈特曼说道。“但我认为仍然有一些细节需要整理，以使这项研究绝对令人信服。”

“即便结果是合理的，这只是证明了引力不稳定性是一种发生的现象，并不能说明它在形成行星，”哈特曼博士补充道。“这可能只是表明这一机制有助于核心积聚。”

霍尔博士认为，这不太可能是一个非此即彼的情境。

“我们实际上预计几乎所有的行星形成环境都会经历一个重力不稳定的阶段，”她说，在这个阶段，行星可能通过重力坍缩和核心聚集两种方式形成。

在未来，领导这项研究的天文学家计划在其他年轻的星系中寻找引力不稳定的迹象。最终，他们还希望在完全形成的世界中寻找该机制的标志。

斯皮迪女士期待获得更多关于行星多样性的知识，了解它们可能形成的不同方式以及这些可能揭示我们自己太阳系的哪些信息。

“我认为宇宙可能比人类的思想更具创造力，”她说。“我们对那些存在于外面的可能性感兴趣。”