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恆星和行星是一起快速形成的嗎﹖
行星系﹐就像我們自己的那樣﹐是在圍繞它們的恆星周圍的塵埃和氣體雲中誕生。但是恆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﹖由英國劍橋大學領導的一支國際天文學家團隊報道說﹐恆星和行星是同時形成而且形成的速度相當快。研究人員在對237顆「受汙染」的白矮星進行觀測和模擬後得出了這個結論。
行星是在圍繞新生恆星的塵埃和氣體雲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逐漸聚集在一起﹐經過數百萬年後這些聚合體最終變成了行星體或類似嬰兒行星的小天體。任何剩餘的物質則成為了小行星和彗星。然而科學家們仍在爭論行星形成的時間。是恆星和行星同時形成﹐還是行星在恆星形成數百萬年後才開始形成﹖這項新研究表明是前者﹕恆星和行星傾向於同時形成。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﹐但我們仍然存在一個未解決的問題﹐即它們何時形成﹐是在母星還在成長時就開始形成﹐還是數百萬年之後才開始形成﹖」。
那麼研究人員是如何確定恆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﹐它們仍然有大氣層﹐天文學家可以分析這些大氣層來查看它們包含的物質。通常﹐這些大氣層受到矽﹑鎂﹑鐵﹑氧﹑鈣﹑碳﹑鉻和鎳等重元素的汙染。這些元素與通常構成白矮星的氫和氦無關。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。」。
這些元素是從哪裡來的呢﹖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後在它們的大氣層中燃燒殆盡。小行星中的元素因此汙染了白矮星的大氣層。分析結果很耐人尋味。它們表明這些小行星已經熔融了。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﹐地球上也曾經發生過。事實上﹐它創造了地球富含鐵的地核。科研人員說﹕「融化的原因只能歸因於非常短命的放射性元素﹐這些元素在行星系統早期存在﹐但在僅僅一百萬年內就會衰變。換句話說﹐如果這些小行星是被某些僅在行星系統初期短暫存在的東西熔化的﹐那麼行星形成的過程必須非常迅速地開始。
科研人員補充說﹐重元素的富集表明已經有鐵核小行星墜入這顆恆星。而這樣的鐵核可能只有在碎片被強烈加熱後才能形成﹐因為在這種情況下鐵﹑岩石和更容易揮發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。這種元素也驅動了我們自己太陽系中行星核的形成。
這些發現為行星系統如何形成和演化提供了新的視角。未來的觀測可以基於這些結果進一步進行研究。邦索說﹕「我們的研究與補充了這個領域越來越多的共識﹐即行星的形成是很早期就開始﹐第一批天體與恆星同時形成。對受汙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﹔每當我們發現一個新的白矮星﹐我們就能收集更多的證據﹐了解行星是如何形成的。我們可以追蹤鎳和鉻等元素﹐並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中的這種過程﹐這是令人驚奇的。」。
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