你如何称量一个你看不见的行星，距离我们数光年远？天文学家可能有答案——这涉及到“读取星环之间的内容”，即新生外行星在其年轻恒星周围形成的明亮美丽的尘埃结构。行星一般是由环绕年轻恒星的尘埃、气体和称为“行星胚”的微小碎片形成的。因此，这些世界在相对年轻的时候仍然嵌入在围绕它们的母星旋转的称为原行星盘的基础物质中。然而，最近的观察表明，随着这些幼小外行星围绕其母星的轨道运行，它们也会在气体和尘埃的盘中雕刻出通道。虽然这些星环已被用于确定围绕恒星的外行星的存在，但这一新研究建议了一种利用这些凹槽来实际评估外行星特征的方法。英国华威大学天文学与天体物理学小组的负责人阿梅纳·法鲁基在一份声明中表示：“我们早就了解到，这些环可能是由于集中在年轻嵌入行星的轨道之外的尘埃堆积而形成的，但我们迄今为止无法将这些环的特征与行星的质量联系起来。”“通过‘读取星环之间的内容’，我们现在找到了重建形成这些环的行星质量的方法，即使这些行星太微弱或嵌入得太深，无法直接观察到。”“这些明亮的星环不仅仅是美丽的结构——它们本质上是行星的指纹。” 调查一个尘埃星系 法鲁基和同事采取的第一步是利用计算机模拟来评估外行星的质量如何在原行星盘中形成不同的环形状。他们发现，尘埃环的宽度以及环中最亮点的位置是评估隐藏外行星特征的关键。令人兴奋的是，行星的质量与其形成的尘埃环的峰值亮度之间的关系在光谱波长上都是成立的——并且与环中尘埃颗粒的大小无关。这意味着天文学家不需要知道围绕幼星的确切条件，就能评估其外行星的质量。 PDS 70系统被阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）捕捉到。（图片提供：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）/Benisty等）科学家们通过将他们的新技术应用于位于370光年外的一个行星系统PDS 70进行了测试。天文学家一直在使用位于智利北部的66个射电天线阵列阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）对其进行研究。“这项工作的一个优势在于，它不仅停留在理论领域——我们能够将这些模拟结果直接应用于实际观测到的系统，”麻省理工学院（MIT）的杰西卡·斯皮迪在声明中说。“特别是利用PDS 70系统作为观察实验室，真正验证了这种方法，使我们相信这些方法确实已经准备好尽快广泛应用。”由于PDS 70拥有至少两个外行星，PDS 70 b和PDS 70 c，并且已经被直接成像，因此成为该团队的一个有用测试对象。这项技术为PDS 70 c提供了与目前大约7.5倍木星质量的估计质量。该团队的结果还提供了一些关于行星形成过程的惊人见解，并提出了天文学家希望解答的问题。“模拟的另一个引人注目的结果是，在典型的盘中，更大质量的形成行星可以在这些环中捕获多达20倍地球质量的尘埃，”麦克马斯特大学物理和天文学系的拉尔夫·普德里茨在声明中说。“这确认了ALMA的观察——但引出了一个问题，为什么在被捕获的尘埃和卵石中未检测到新行星。”“我们的结果表明，尘埃是足够丰富和集中，可能会促进行星形成。这是一个重要的见解，将催生进一步的观察和理论。”最终，这种新技术及其研究幼行星系统的能力也可能有助于我们理解大约46亿年前我们自己的行星系统是如何形成的。“我最兴奋的是时机。随着ALMA提供越来越详细的盘图像，未来的设施即将到来，发展这些方法的时刻再好不过了，”华威大学物理系的团队成员法尔扎娜·梅鲁说。“将我们的基于尘埃的诊断与气体压力观察结合起来，将为揭示塑造这些盘并将形成多样化行星系统的隐藏行星打开一个强大的新窗口。”团队的研究于周四发表。