天文学家首次捕捉到巨型行星“正在形成” 不到100万岁却已接近木星质量

天文学家近日确认了一颗极其年轻的巨型系外行星Elias 2-24 b。这颗行星距离地球约450光年，年龄还不到100万年，目前仍深埋在环绕母恒星的气体与尘埃盘中，并且正在持续从周围物质中吸积物质。它不仅是迄今发现的最年轻行星，而且其形成速度远远超出了现有行星形成理论的预期。

Elias 2-24 b的质量大约相当于木星，而它所处的恒星系统仍然处于非常早期的演化阶段。年轻恒星诞生后，周围通常会残留下大量气体、尘埃、冰和岩石物质，这些物质围绕恒星旋转形成原行星盘。随着时间推移，盘中的物质逐渐碰撞、聚集并在引力作用下形成越来越大的天体，最终成长为行星。对于天文学家而言，能够直接观察这一过程中的行星极为难得，因为新生行星往往恰恰被形成它们的气体和尘埃遮挡。

研究人员此次利用夏威夷凯克天文台的日冕仪，对此前已经积累的观测数据进行了重新分析。日冕仪能够遮挡恒星极其明亮的光线，从而让天文学家有机会寻找附近那些亮度弱得多的天体。研究团队此前针对7颗周围存在物质盘的恒星进行了观测，而这些盘中的环、缝隙等结构一直被认为可能与正在形成的行星有关。

其中，Elias 2-24周围的尘埃盘存在一个非常明显的狭窄间隙。研究人员认为，如果有一颗行星正在这里成长，它的引力会不断吸走周围的物质，同时在盘中清理出一条轨道，于是形成明显的空隙。最终，研究人员果然在这个间隙内部找到了Elias 2-24 b。

这颗行星的发现实际上可以追溯到大约10年前。此前，位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）已经发现Elias 2-24周围的尘埃盘存在一个空隙。随后，欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）又在这个空隙中发现了一个非常微弱的光点。当时天文学家就怀疑它可能是一颗正在形成的行星，但这一解释很难与现有的行星形成模型相吻合。

问题在于，这颗候选行星距离母恒星非常遥远，大约是地球到太阳距离的55倍。按照现有理论，在距离太阳相当于木星轨道距离的位置形成一颗木星质量的巨型行星，大约就需要500万年，而如果距离恒星更远，通常还需要更长时间。可是Elias 2-24 b所在的恒星系统年龄只有不到100万年，这意味着它必须在远短于理论预期的时间内完成了大规模成长。

研究人员随后调取了凯克天文台的历史观测档案，希望确认这个神秘光点是否早已出现。结果显示，同一个微弱光源也出现在2018年和2020年的凯克望远镜观测数据中。通过将不同年份的观测结果结合起来，并追踪光点随时间发生的位置变化，研究人员发现它的运动方式符合围绕恒星运行的行星，而不是背景恒星，也不是望远镜成像过程中产生的伪影。

这些长期观测最终让研究团队确认，这个神秘光点就是Elias 2-24 b。它不仅拥有接近木星的质量，而且目前仍然处于持续吸积周围物质的成长阶段，因此天文学家实际上是在观察一颗巨型行星“出生”的过程。

这一发现对现有行星形成理论提出了新的挑战。此前被认为最年轻的几颗行星分别位于PDS 70和WISPIT 2系统中，它们的年龄都已经超过500万年。而Elias 2-24 b的年龄不到100万年，却已经成长到接近木星质量，说明巨型行星的形成速度可能比过去认为的快得多。

研究人员指出，银河系一直在不断形成新的恒星和行星，因此宇宙中实际上存在处于各种不同演化阶段的行星。然而，现有望远镜能够直接观测到的范围仍然非常有限。大多数已经确认的约6000颗系外行星年龄都在数十亿年左右，而且通常运行在距离母恒星相对较近的轨道上。相比之下，刚刚诞生的行星往往隐藏在厚厚的尘埃和气体之中，使天文学家很难直接看到它们。

传统的系外行星发现方法也进一步加剧了这种偏差。大量系外行星是通过凌日法发现的，即行星从地球观测者与恒星之间经过时，会短暂遮挡恒星的一部分光线，使恒星亮度出现细微下降。但对于年轻行星而言，厚重的尘埃盘可能将其遮挡，而距离恒星较远的行星公转周期又非常长，因此凌日事件发生得更加稀少。

Elias 2-24 b因此提供了一个极为罕见的机会，让科学家能够直接研究巨型行星最早期的成长过程。研究人员认为，这类极年轻行星可以帮助完善目前依赖理论计算、计算机模拟以及年轻恒星观测建立起来的行星形成模型，并解释为什么一些行星能够在极短时间内快速成长。

未来，美国宇航局南希·格雷斯·罗曼空间望远镜有望进一步扩大这种观测能力。罗曼望远镜已经于8月30日发射，搭载了更加先进的日冕仪，可以更有效地从恒星强烈的眩光中分辨出周围极其微弱的行星。

罗曼望远镜同样能够利用直接成像方法寻找年轻行星，而且有望观测距离恒星更近的行星，包括一些目前望远镜难以直接看到的“木星孪生体”。相比之下，Elias 2-24 b目前所在的轨道距离母恒星大约是典型木星轨道距离的10倍。

天文学家希望，随着罗曼等新一代观测设备投入使用，过去长期隐藏在原行星盘中的大量“婴儿行星”将逐渐进入视野。通过观察不同年龄、不同轨道距离以及不同质量的年轻行星，科学家或许能够首次更加完整地还原从尘埃和气体盘到成熟行星系统的全过程。

Elias 2-24 b的发现意味着，天文学家如今已经能够在真实宇宙环境中直接看到巨型行星成长的迹象，而这颗年龄不足100万年的行星也表明，至少部分巨型行星可能在远短于传统模型预测的时间内迅速形成。研究成果于2026年9月16日发表于《天体物理学杂志通讯》。