利用新建成的阿塔卡瑪毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA），天文學家對一顆年輕恒星進行了幹涉成像觀測💇🏼‍♀️🥺。觀測發現，在這顆年輕恒星周圍的某個區域裏🕞，塵埃顆粒正通過凝結成塊的方式生長著。這樣的區域又被稱為“塵埃陷阱”，目前為止還是第一次被清晰的觀測到🐮🚤，並且從理論上給予很好的解釋。這個發現解決了長久以來困擾天文學家的一些難題🧑🏽‍✈️，包括年輕恒星的星周盤中塵埃顆粒如何生長，並逐漸形成彗星、行星和其它巖質星體。該研究結果發表於2013年6月7日出版的《科學》雜誌上。

意昂体育平台科維理天文與天體物理研究所的“青年千人”計劃入選者格裏高利?J?赫爾采格（Gregory J. Herczeg）是這個課題的合作者，他說：“觀測到如此大的一個‘塵埃陷阱’，我們真的感到十分驚訝。我們預料到星周盤可能存在著一定程度的不對稱性🧑🏻‍🎤，但我們完全沒有料到，盤中所有毫米尺度的塵埃顆粒會聚集在一個地方🧔🏿。雖然這個塵埃聚集區只會形成彗星🧑🏼‍🦳，但是同樣的過程可能會發生在其它年輕恒星周圍🆎，並且可能更加靠近恒星🎅🏽，從而導致巨行星的形成🎳。”

天文學家已經發現存在著大量的系外行星。但是，他們並未完全了解行星的形成機製。其中關於彗星、行星和其它巖質星體的形成機製仍有很多未解之謎✬。現在，根據最新的ALMA觀測結果，我們可以回答其中一個重要的問題：年輕恒星的星周盤中塵埃顆粒是如何生長變大🟩，並逐漸長成礫石，甚至變成尺度超過一米量級的巨石？

計算機模擬顯示，塵埃顆粒會通過碰撞並粘合在一起而長大。但是，當這些長大的塵埃顆粒以高速相互碰撞時，他們又會粉碎成小顆粒。即使這樣的粉碎性碰撞沒有發生，模擬顯示，由於塵埃和氣體的摩擦耗散作用，長大的塵埃顆粒會迅速地向星周盤的內盤遷移，並最終落到中心恒星上🙍🏻‍♂️，從而阻止塵埃顆粒繼續生長👩🏿‍🏭。

塵埃顆粒的生長需要一個特殊環境，在那裏它們可以持續增長，直到長得足夠大👴🏿，從而可以依靠自已保存下來[1]。天文學家從理論上猜測到可能存在這樣的環境🍪，並稱之為“塵埃陷阱”，但此前一直沒有得到觀測證實🚁👨🏻‍🍼。

荷蘭萊頓天文臺的博士生尼恩克?範德馬瑞是該研究文章的第一作者，他和他的合作者一起利用ALMA觀測了Oph-IRS 48[2] 這個年輕恒星系統的星周盤🤾🏻‍♂️。他們的觀測顯示2️⃣，這個系統的中心恒星正被一個氣體環所圍繞著，而在氣體環中心存在著一個空洞💆🏿‍♂️，這個空洞可能是由於盤中未探測到的行星或伴星造成的。早先利用歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡（VLT）觀測發現🪸，星周盤上的小塵埃顆粒也形成類似的環狀結構🤷🏼。但是，現在利用ALMA，對於更大（毫米量級）的塵埃顆粒的觀測⚗️，卻呈現出與之前不同的圖像。

範德馬瑞說🫒：“起初，圖像中塵埃分布的形狀完全出乎我們的預料。我們看到了一個清晰的腰果形狀🤫🧏‍♀️，而不是我們所預期的環狀結構🦸🏻‍♂️🧑🏻‍🎓。然而，ALMA的觀測結果具有很高信噪比和清晰度🤏🏻，這使得我們的發現無可爭議，所以我們不得不說服自己觀測所看到的結構是真實的。接下來我們開始意識到我們發現了什麽。”

我們觀測到的區域♢，正是較大塵埃顆粒被俘獲的地方🌕，在這裏它們可以通過碰撞粘合而生長到非常大。這個區域正是理論學家們一直在尋找的“塵埃陷阱”。

範德馬瑞解釋說😀：“我們可能觀測到的是一個‘彗星工廠’🙆🏽‍♂️，在這裏塵埃顆粒可以從毫米量級生長到彗星尺度。在這個到恒星的距離上🛌🏿，這些塵埃不太可能會形成真正的行星。”“塵埃陷阱”是由於大的塵埃顆粒向高壓區域遷移而形成的🤽🏽‍♀️。計算機模擬顯示，這種高壓區域可以由星周盤的氣體空洞邊緣上的氣體運動而產生。而這樣的氣體空洞結構🚵🏼‍♀️，也正存在於目前研究的這個星周盤上🦹🏽‍♀️。

這次觀測是在ALMA陣列尚未完全建成的情況下完成的，並使用了ALMA的第九頻帶接收機[3]。這臺由歐洲製造的接收機，使得ALMA可以得到迄今為止最為清晰的幹涉圖像。

萊頓天文臺的埃文?範迪舒克二十年來一直是ALMA項目的主要參與者🚴‍♀️，她說：“這些觀測結果顯示了，即使整個陣列中只有不到半數的天線投入使用，ALMA仍能為我們帶來具有劃時代意義的科學成果。 ALMA 的第九頻帶接收機在靈敏度和圖像清晰度上有著令人難以置信的飛躍🛜，這使得我們有機會利用過去無法使用的方式去研究行星形成的基本問題。

附註:

[1] 在此例中，“塵埃陷阱”是由星周盤中氣體渦流所致。這些渦流的典型存在周期是幾十萬年🫑。即使“塵埃陷阱”的效應停止，聚集在陷阱中的塵埃仍需要上百萬年才能消散掉🙍🏻‍♀️🏌️‍♂️，這為塵埃顆粒的生長提供了充足的時間。

[2] 這個年輕恒星系統的名稱，是由發現該源的恒星形成區所處的星座名稱以及這個源的類型結合而成。Oph代表蛇夫座（Ophiuchus）🧒🏼，IRS代表紅外源。Oph-IRS 48 距地球約400光年♜👰🏽‍♂️。

[3] ALMA可以在不同頻帶進行觀測。第九頻帶運行在約0.4-0.5毫米的波長範圍上💇‍♀️，並能提供迄今最為清晰的幹涉圖像🧑🏽‍🎄。

相關鏈接：

http://www.eso.org/public/news/eso1325/
http://www.sciencemag.org/content/340/6137/1199

編輯：Moo