大约46亿年前，在距离银河系中心约2.6万光年的螺旋臂上，分子云在引力作用下开始坍缩，并在中心形成了一颗恒星，还有围绕在年轻恒星周围的原行星盘。原行星盘中浓密的尘埃和气体继续孕育着更多精彩的世界，各种各样的行星从这一锅“分子汤”中诞生。这就是我们太阳系形成的故事。
但这样的过程在整个宇宙中并不罕见，甚至可以说它每时每刻都在宇宙各处发生。在年轻的恒星周围存在着各种各样的原行星盘，其中充斥着有机分子。每个原行星盘中的化学物质最终将影响形成的行星类型，甚至有可能影响着这些行星是否能产生生命。
近日，天文学家非常详尽地绘制出了这类“行星托儿所”内部的化学物质。这些最新公布的图谱揭示了5个原行星盘中几十种分子的位置。新的原行星盘图谱显示，原行星盘中的化学物质并非均匀地分布在每个盘中，相反，每个盘都是“一碗不一样的分子汤”，它们就像一袋袋混合的分子，其中成分各不相同。
研究结果表明，行星的形成是在不同化学环境中发生的，而且在形成的过程中，每颗行星可能都暴露在非常不一样的分子中，具体则取决于它在行星盘中的位置。
该项目被称为MAPS（The Molecules with ALMA at Planet-forming Scales），团队已经在预印本网站arXiv上发表了一系列论文。论文也已经被即将出版的《天体物理学杂志增刊》接受。这一系列论文共20篇，它们针对研究的不同方面介绍了对原行星盘的全新认识。
比如，在系列的第三篇论文MAPS III中，团队绘制了分布在5个原行星盘中18种分子的具体位置，其中包括氰化氢和其他可能与生命起源有关的腈类物质。这些图像是在2018到2019年间由阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）拍摄的。它收集到的海量数据需要一个100TB的硬盘储存，团队花了两年的时间分析这些数据，并将它们分解成了每种分子的单独图谱。
每个原行星盘的最终图谱都让团队大吃一惊，它们表明，即使是在一个原行星盘中，理解发生在其中的化学也比我们想象的要复杂得多。每个原行星盘看起来都和其他的都大相径庭，它们都有自己独特的化学亚结构。在这些原行星盘中形成的行星，也将经历非常不一样的化学环境。
行星是由围绕着一颗年轻恒星的原行星盘中的气体和尘埃形成的。圆盘中的气体由许多不同的分子组成，包括氰化氢和更复杂的腈，它们与地球上生命的发展有关。此外，项目不仅仅为天文学家提供了研究原行星盘化学环境的机会，研究人员还能使用这些图谱找到盘内一些正在形成的行星的位置，这让科学家能够将观测到的“化学汤”与特定的行星成分联系在一起。
在研究原行星盘中的行星形成时，天文学家面临着一个隐形的困难：他们没办法直接看到这些发育中的行星。稠密的气体和尘埃将正在发育的年轻行星遮挡在人们的视线之外，这一过程可能持续约300万年。这就好像试图在水下看到一条鱼。我们知道它在那里，但没法看清水中深处。因此科学家需要在水面上寻找细微迹象，比如一些涟漪和波浪。
通常，原行星盘中的气体和尘埃会自然地围绕中心恒星旋转，那些可测量的移动物质的速度应该在整个盘中保持一致。但是，如果有行星“潜伏”在表面之下，它就可能轻微地干扰周围的气体，从而导致微小的速度差异，或者让螺旋气体以意料之外的方式运动。借助这一策略，团队分析了其中两个原行星盘的气体速度，它们分别是围绕年轻恒星HD 163296和MWC 480的原行星盘。
其中某些部分的速度出现了小停顿，这表明，每个盘中都嵌入了一颗年轻的类似木星的行星。
随着行星的成长，这些行星最终会在原行星盘的结构上“刻出缺口”，这样我们就能看到它们，但这一过程将至少需要数千年的时间。项目负责人、天文学家Karin Öberg介绍说，绘制出的图谱揭示了行星在原行星盘中形成的位置至关重要。
原行星盘中的许多化学物质都是有机的，这些有机物在一个特定的盘中的分布有很大的差异。在同一颗恒星周围可以形成不少行星，但它们拥有非常不一样的有机物“库存”，因此有些可能有存在生命的倾向，而有些则没有。
如果想要确认图谱上观察到的化学多样性是否具有典型性，就需要更大的样本量，并以同样的方式绘制出更多原行星盘。团队接下来希望通过研究更多原行星盘来确认现在的发现。