一张艺术家构想图，描绘了 LkCa 15 这样的过渡盘中行星的形成。（图片来源：NASA/JPL-Caltech）一个初生的恒星系统正在给天文学家提供宇宙版的“性教育”。天文学家首次直接观测到一颗行星在其生命早期阶段的形成，这是一个非常罕见的发现：在近 1900 颗在太阳系外发现的行星中，这颗被称为 LkCa 15 b 的幼年行星是您现在阅读本文时唯一已知正在形成的行星。这是一个前所未有的机会来研究行星在如此早期发育阶段的情况。
太阳系的诞生
当恒星诞生时，一层气体和尘埃盘会包裹住它们，形成所谓的“恒星周围盘”。你可以将这个盘想象成一个甜甜圈。那个环，也就是甜甜圈的面团部分，由中心正在形成的恒星（甜甜圈的洞）喷出的尘埃和气体组成。科学家们认为，这个盘中残留的尘埃和气体颗粒是形成行星的物质。尘埃聚集起来，开始吸积小石块，然后是更大的岩石、巨石，最终这些碎片会聚结形成岩石核心。这些核心可以长得足够大，拥有足够的引力质量来开始吸附恒星周围的热气体。“新恒星周围有大量的尘埃和气体，会向任何方向溢出，其中一些物质一定会撞上这些岩石核心，”斯坦福大学天文学家、该研究的合著者 Kate Follette 说。由于这些年轻的恒星系统周围有如此多的物质，因此很难分辨是否有行星在其中形成。此外，这些年轻行星仍然相对较小，这给找到它们又增加了难度。考虑到这些障碍，亚利桑那大学和斯坦福大学的科学家们设计了一种新的方法来直接观测这一难以捉摸的过程。
而 LkCa 15 b，距离地球 450 光年，位于一个只有 200 万年历史的恒星系统中，正是他们一直在寻找的“婴儿”。
行星的幼年
这并不是科学家第一次观测到 LkCa 15 b 及其主星 LkCa 15。2012 年，该系统中首次发现了原行星的证据。但科学家们仍然不知道其中心发生了什么。为了穿透噪音，Stephanie Sallum 和 Follette 以及他们的团队决定寻找形成行星时会预期出现的信号。
（图片来源：Steph Sallum 绘制。来自 Isella et al. 2014 发表的亚毫米数据生成的灰度图像）行星形成时，周围会形成一个气体和尘埃盘，类似于恒星的诞生。当物质盘供给正在增长的行星时，它会产生高达 17000 华氏度的强烈热量，释放能量并发出独特的红色光芒。这种红光是由氢-α 光子引起的，只有当行星周围盘吸积到行星上时才会发生。“当氢气被冲击并落到行星上时，就会发生这种情况，它会发射 H-α 光子，”Sallum 说。该团队通过智利的麦哲伦望远镜观测了这个形成中的系统，但增加了一个特殊的滤光片，只允许这些具有指示性的 H-α 光子到达望远镜的镜片。他们发现 LkCa 15 b 就在他们眼前成长。这是 450 光年外的光子首次到达科学家们的电脑屏幕，让他们能够看到这个过程的展开。他们于周三在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。“这项观测告诉我们行星在年轻时在哪里、何时以及如何形成。我们现在知道它们可以在非常年轻的恒星系统中形成，并在短时间内清除一个大的空腔，”研究小组成员、普林斯顿大学天体物理学家 Zhaohuan Zhu 说。该系统中还有另外两个原行星正在形成，但它们没有发射 H-α 光子。这可能是因为仍然有太多物质阻挡了该信号的探测，或者它们可能处于不同的生长阶段。这种探测方法以前曾被用来观测形成中的恒星盘，但从未用于寻找处于幼年期的行星。既然这种方法已经过测试并成功生成了行星早期形成的图像，它肯定会被用来检查其他可能在其系统中拥有正在形成的原行星的年轻恒星。LkCa 15 系统只有两百万年的历史，了解那个活跃系统中发生的事情可能会揭示出行星系统成熟为“成年”状态的新见解，就像我们那 46 亿年历史悠久的太阳系一样。
