天文學家發現，在我們年輕的太陽系中，行星的形成比以前想像的要早得多，而行星的構件與它們的母星同時成長。根據對宇宙中一些最古老的恆星的研究，像木星和土星這樣的行星的構件很可能在一顆年輕的恆星成長過程中開始形成。人們曾認為行星只有在恆星達到其最終大小時才會形成，但發表在《自然-天文學》雜誌上的新結果表明，恆星和行星一起”長大”。

由劍橋大學領導的這項研究改變了我們對包括我們自己的太陽系在內的行星系統如何形成的理解，有可能解決天文學中的一個重大難題。

該研究的第一作者、劍橋大學天文學研究所的Amy Bonsor博士說：”我們對行星如何形成有相當好的了解，但我們有一個懸而未決的問題是它們何時形成：行星的形成是在早期開始，當母星仍在成長，還是在數百萬年後？”

為了嘗試回答這個問題，Bonsor和她的同事們研究了白矮星的大氣–像我們的太陽這樣的古老而微弱的恆星的殘餘以調查行星形成的組成部分。這項研究還涉及來自牛津大學、慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學、格羅寧根大學和哥廷根馬克斯-普朗克太陽系研究所的研究人員。

Bonsor說：”一些白矮星是驚人的’實驗室’，因為它們稀薄的大氣層幾乎像天體的墓地。”

通常情況下，行星的內部是望遠鏡所不能及的。但是有一類特殊的白矮星被稱為”污染”系統，在它們通常乾淨的大氣中含有重元素，如鎂、鐵和鈣。這些元素一定是來自行星形成時留下的小行星等小天體，它們撞上了白矮星並在其大氣層中燃燒起來。因此，對被污染的白矮星的光譜觀測可以探測那些被撕碎的小行星的內部，讓天文學家直接了解它們的形成條件。

行星的形成被認為是從原行星盤開始的–主要由氫、氦和微小的冰和塵埃顆粒組成，通常圍繞著一顆年輕的恆星。根據目前關於行星如何形成的主要理論，塵埃粒子相互粘連，最終形成越來越大的固體體。這些較大的物體中，有些會繼續增生，成為行星，有些則保持為小行星，就像目前研究中撞入白矮星的那些小行星。

研究人員分析了來自附近星系的200顆被污染的白矮星的大氣層的光譜觀測。根據他們的分析，在這些白矮星的大氣中看到的元素混合物只能解釋為許多原來的小行星曾經融化，這導致重鐵沉入核心，而較輕的元素漂浮在表面。這個過程被稱為分化，是導致地球擁有一個富含鐵的核心的原因。

Bonsor說：”熔化的原因只能歸因於壽命很短的放射性元素，這些元素存在於行星系統的最初階段，但在短短一百萬年內就會衰變消失。換句話說，如果這些小行星被某種在行星系統初期只存在非常短暫的東西所融化，那麼行星的形成過程必須非常迅速地啟動。”

該研究表明，早期形成的情況很可能是正確的，這意味著木星和土星有足夠的時間成長為目前的大小。

邦索爾說：”我們的研究補充了該領域越來越多的共識，即行星的形成很早就開始了，第一批天體與恆星同時形成，對被污染的白矮星的分析告訴我們，這種放射性熔化過程是影響所有太陽系外行星形成的一個潛在的普遍的機制。”

“這只是一個開始–每當我們發現一個新的白矮星，我們就可以收集更多的證據，了解更多關於行星如何形成的信息。我們可以追踪像鎳和鉻這樣的元素，並說一個小行星在形成其鐵核心時一定有多大。我們能夠在系外行星系統中探測這樣的過程，這很令人驚訝。”