宇宙中没有两种“汤”是一样的

9月15日在预印平台arXiv上发表的一系列20篇论文显示，天文学家已经非常详细地绘制了行星“苗圃”中的化学物质。

新出版的地图集揭示了五个原行星盘中几十个分子的位置(行星在年轻恒星周围形成尘埃和气体的区域)。

生命存在或更广泛。

领导地图集制作项目的哈佛-史密森天体物理中心天文学家凯瑟琳奥伯格说，这些行星形成盘充满了有机分子，其中一些分子与地球上生命的起源有关。“真的很刺激。每个盘中的化学物质最终将影响形成的行星类型，并决定行星是否能携带生命。”

结果表明，导致地球上生命存在的基本化学条件可能在整个银河系中更广泛地存在。在新形成的恒星周围的原行星盘中发现了大的有机分子，一个类似的圆盘曾经围绕着年轻的太阳，形成了现在构成我们太阳系的行星。

这些分子的存在意义重大，因为它们是更简单的碳基分子(如在太空中大量发现的一氧化碳)和创造和维持生命所需的更复杂分子之间的垫脚石。

行星是在不同的汤里形成的。

新的圆盘图显示，原行星圆盘中的化学物质在每个圆盘中分布不均匀。相反，每个圆盘都充满了不同的行星，形成“汤”(分子混合物或行星成分)。结果表明，行星的形成发生在不同的化学环境中，当它们形成时，每个行星可能会根据其在盘中的位置暴露在不同的分子中。

该系列论文之一的主要作者奥伯格说：“对我们的地图集来说，揭示行星在圆盘中形成的位置非常重要。菜里的很多化学物质都是有机物，这些有机物在特定菜里的分布差异很大。同一颗恒星周围可以形成两颗行星，它们的有机物含量差异很大，所以很有可能存在生命。”

另一篇论文绘制了18个分子(包括氰化氢和其他与生命起源有关的腈)在五个托盘中的具体位置。这些图像是研究人员于2018年和2019年在智利阿塔卡马使用大型毫米/毫米阵列望远镜(ALMA)拍摄的。收集的数据高达100TB字节，研究人员花了两年时间对其进行分析，并将其分解成每个分子的单独图表。

每个板块的最后一个例子表明，单个板块中的化学反应比人们想象的要复杂得多。研究人员解释说：“每个单独的圆盘看起来与下一个非常不同，并且有自己独特的一组化学子结构。在这些圆盘中形成的行星将经历非常不同的化学环境。”

重要的是，这些有机分子所在的圆盘区域也是小行星和彗星形成的地方。类似于地球上开始生命的过程，——小行星和彗星的轰击会将大的有机分子转移到新形成的行星上。

研究人员说：“这项工作的主要结果表明，在我们的星球上繁殖生命所需的相同成分也存在于其他恒星周围。在行星上开始生命所需的分子可能很容易在所有的行星形成环境中找到。”

新的研究项目不仅为天文学家提供了研究圆盘化学环境的机会。奥伯格说：“我们的团队使用这些图谱显示了一些正在形成的行星在圆盘中的位置，这使得科学家能够将观察到的化学汤与特定行星的未来组成联系起来。”

研究人员正在使用收集的数据和地图集来寻找新的行星。天文学家确信行星是在原行星盘中形成的，但有一个问题：他们不能直接看到它们。稠密的气体和尘埃将持续大约300万年，掩盖年轻和发展中的行星。

研究人员说：“这就像看一条水下的鱼。我们知道它们在哪里，但我们看不到深处的鱼。我们必须在水面上寻找细微的迹象，比如涟漪和波浪。”

在原行星盘中，气体和尘埃自然围绕中心恒星旋转。天文学家能够测量的运动物质的速度在整个圆盘上应该是一致的。然而，如果一颗行星潜伏在地表之下，研究人员认为，它会轻微干扰周围移动的气体，导致速度略有偏差，这将导致螺旋气体以意想不到的方式移动。

利用这一策略，研究人员分析了年轻恒星HD 163296和MWC 480周围的两个——原行星盘的气体速度。圆盘某些部分速度的微小波动揭示了每个圆盘中嵌入了一颗年轻的类似木星的行星。

研究人员说，随着行星的成长，它们最终会“在圆盘结构中形成开放的间隙”，这样人们就可以看到它们，但这个过程需要数千年的时间。研究人员希望在即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜之前一步证实这些发现，并在未来通过研究更多的原行星盘来证实这一结果。