[科普中国]-行星系“碎片圆盘”存在碳原子气体

日本理化学研究所、茨城大学等组成的研究小组利用位于智利的阿塔卡玛亚毫米波望远镜（ASTE），观测距地球200光年和63光年的两个行星系碎片圆盘，发现了碳原子气体存在的证据，初步支持了碎片圆盘中的气体来源于“供给说”理论。

星际漂浮的以氢分子为主要成分的气体和尘埃形成了分子云，分子云因自身重力收缩，诞生了行星系。原始恒星周围的气体和尘埃成长为圆盘。尘埃合体形成微小行星，残存的尘埃和岩石撞击，飞散的碎屑呈圆盘状漂浮，这被称作“碎片圆盘”，相当于行星形成的最后阶段。现在太阳系边缘部位的奥尔特云即被认为是碎片圆盘的残余。随着行星完全形成，原始行星系圆盘的气体成分消失。

但近年来，科学家发现碎片圆盘中含有一氧化碳分子（CO）、碳阳离子和氧原子，其起源有两个理论：一个是“残存说”，认为是形成行星时残留的气体成分；另一个理论是“供给说”，认为原始行星系圆盘的气体消失后，从残存的尘埃和微小行星中重新获得了新的气体成分。

这两个学说区别在于碎片圆盘内是否含有大量氢分子。中心恒星发出的紫外线将CO“离解”，生成游离态碳原子，如果有氢气介导，碳和氧会重新结合成CO，如果没有氢，反应就不会发生，碳仍然保持原子状态。

此次，研究小组通过对鲸鱼座和绘架座方向的碎片圆盘鲸鱼座49（距地球200光年）以及绘架座β（距地球63光年）进行观测，检测到了碳原子的亚毫米波亮线谱线。换算发现，在气体总质量中，碳原子气体量高出CO气体量数十倍。

理化学研究所研究员樋口彩告诉科技日报记者：“这一发现令人非常吃惊，观测之前我们没想到会有这么多的碳原子气体。”她表示，其他碎片圆盘也可能存在碳原子气体。如果今后能证实这一点，起源理论将更加支持“供给说”。他们将继续观测，以期揭示像太阳系这样的行星系完全形成的正确时间。