在浩瀚宇宙中,行星是再普通不过的天体:地球、木星、无数系外行星都在静静绕星运转。这些事实说明,宇宙一定有一套“生产行星的流水线”。然而,长期以来,这条流水线中最关键的一步——行星究竟如何在尘埃盘里“挖出空隙”——一直缺少直接证据。2025 年,被命名为 WISPIT 2b 的一颗年轻行星,终于为这一难题给出了清晰的画面。

要理解这项发现,必须从很早很早以前说起。大爆炸后的宇宙几乎只有氢和氦,几乎没有更重的元素。在那样的环境中,只能诞生炽热的大质量恒星,却几乎不可能形成像地球这样的岩石世界。只有当一代又一代恒星诞生、燃烧、爆炸,把更重的元素抛洒回宇宙空间,后来形成的新一代恒星和星云中,才逐渐“掺入”足够的金属元素,行星才有了物质基础。

今天,对附近恒星的观测表明:大约八九成的恒星拥有行星,但并非全部。那些“金属含量”只相当于太阳几分之一的恒星,更难找到行星,含量极低时几乎看不到任何行星系统。这说明,只有当原始星云中重元素达到一定水平,行星工厂才真正开工。

理论上,行星的诞生大致遵循一条共同的路径:首先,一大片巨大的分子云在引力作用下坍缩、分裂,形成许多原恒星胚胎,其中不少会组成双星或多星系统。接着,每颗原恒星周围都会形成一个由气体和尘埃构成的盘,这就是“原行星盘”。随着时间推移,这些盘不再是简单的光滑结构,而是开始出现螺旋、环状条纹和暗淡的“缝隙”。再往后,恒星逐渐变得明亮、炽热,强烈的恒星风会把盘中剩余的气体吹散,只留下已经形成的行星和碎片状的尘埃带;更久之后,连这些尘埃也会被清理,剩下一个成熟的行星系统。

过去几十年里,观测一步步验证了这条路线。射电望远镜阵列、哈勃、詹姆斯·韦布等望远镜在猎户座等星云中,拍到了许多被尘埃盘包裹的年轻恒星。更高分辨率的图像显示,最年轻、年龄不到几十万年的系统,盘往往比较均匀;而年龄达到几百万年的系统,盘中则常见明亮的环和暗淡的空隙。再老一些,盘干脆消失,只剩下行星和稀薄的残骸。这与理论中的时间顺序高度一致。

真正的谜团在于那些“空隙”。天文学家早就猜测:这些环与环之间的暗带,就是新生行星在自己的轨道上不断“扫地”的结果。行星不断吸积周围的气体和尘埃,把轨道附近清理得相对干净,于是形成一个环状缺口。问题在于——在此之前,从未有望远镜真正“看到”一颗明确的行星就待在这个缺口之中。盘有空隙,晚期有行星,中间那一幕始终缺失,这就是行星形成研究中著名的“缺失环节”。

WISPIT 2 系统的出现,正是补上这一环节的关键。WISPIT 2 是一颗与太阳相似的年轻恒星,距离地球大约 430 光年,周围有一个延伸数百个天文单位的巨大原行星盘。欧洲南方天文台超大望远镜上的 SPHERE 仪器,以及位于智利、亚利桑那的地面望远镜,利用自适应光学和高对比度成像,对这一系统进行了细致的“剥离”式观测,排除了耀眼恒星光后的干扰。

在处理后的图像中,天文学家不仅清晰地看到了多重明亮尘埃环和其中的暗缝,还在两条最亮尘埃环之间的空隙里,直接找到了一颗行星——这就是 WISPIT 2b。它的质量约为 4.9~5.3 倍木星,远低于棕矮星的门槛,毫无疑问是一颗行星。更重要的是,它与恒星一起运动,位置恰好位于盘内的缺口中,成为首个“坐实”的原行星盘空隙内行星。

进一步分析表明,WISPIT 2b 还在快速“长身体”,每年约能吸积 4.5 千万亿吨物质,几乎相当于每天增加一个火卫一(月球火卫一“福波斯”)的质量。其母恒星年龄大约 500 万年,正好处在原行星盘开始明显分环、但尚未完全消散的阶段。这一切组合在一起,使 WISPIT 2b 成为一堂极其直观的“行星清缝”现场课。

这项发现的意义在于,它第一次把三件事直接连在了一起:有原行星盘、有清晰的环状空隙、并且在空隙中亲眼看见一颗行星。观测到的空隙宽度与行星质量,也与理论模型的预测相符。这意味着,以往“行星挖空隙”的猜想不再只是推测,而是得到了直接证据的支持。可以合理推断,在大量原行星盘中,看到的那些环与缝,大多确实是隐藏行星的“脚印”。
WISPIT 项目(全称“按时间追踪大距离新行星”)只是一个开始。随着类似观测的持续推进,更多位于盘内空隙中的年轻行星有望被抓个正着。届时,从最初的星际云团,到被盘包裹的原恒星,再到盘中出现缝隙、行星逐个浮现,直至最终成熟的行星系统,人类有望第一次在数据和图像层面,把行星诞生的全过程串成一条完整而清晰的时间线。
当今夜空中的每一颗成熟行星,曾经也都在尘埃与气体的盘中悄然成长。WISPIT 2b 的出现,让这一隐藏在宇宙深处的成长瞬间,第一次以“现场照片”的形式呈现在人类面前。