JWST揭示了岩石行星形成的年轻恒星周围圆盘的化学性质

使用詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)的研究人员首先研究了他们的数据，这些数据探测了岩石行星形成的年轻恒星周围圆盘区域的化学性质。在那个阶段，数据显示这些圆盘具有化学多样性，富含水、二氧化碳和苯等有机碳氢化合物等分子，以及微小的碳和硅酸盐颗粒。正在进行的由MPIA领导的JWST观测计划MINDS汇集了几个欧洲研究机构，有望为行星诞生之前的条件提供革命性的观点，同时确定其组成。

詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)上的中红外仪器(MIRI)对年轻恒星周围行星形成盘样本的新观测提供了对这一强大工具如何促进我们对类地行星形成的理解的初步了解。来自11个欧洲国家的天文学家聚集在MINDS(MIRI中红外盘调查)项目中，调查这些盘内部区域的条件，预计岩石行星将从它们所含的气体和尘埃中形成。他们采取下一步来破译行星形成盘的条件 - 这是确定导致固体的过程的先决条件，例如行星和彗星，构成行星系统。

两篇文章中提出的初步结果证明了岩石行星摇篮的多样性。圆盘的范围从富含含碳化合物的环境，包括像苯一样复杂的有机分子，到含有二氧化碳和微量水的附聚物。像指纹一样，这些化学物质在天文学家通过观察获得的光谱中产生独特的可识别标记。光谱是彩虹状的光显示，或者在这种情况下，例如红外辐射，将其分解成组成它的颜色。

“MIRI产生的数据质量给我们留下了深刻的印象，”德国海德堡马克斯普朗克天文学研究所(MPIA)主任Thomas Henning说。他是JWST保证时间观察(GTO)计划MINDS的首席研究员(PI)。“这种丰富的谱线不仅揭示了最终演变成行星及其大气层的盘状物质的化学成分。它还使我们能够确定物理条件，如这些行星形成盘及其内部的密度和温度，直接在行星生长的地方。

含有两种二氧化碳的干燥原行星盘

“我们现在可以更精确地研究这些磁盘中的化学成分，”德国加兴马克斯普朗克地外物理研究所(MPE)的博士后Sierra Grant说。她是一篇分析年轻低质量恒星周围圆盘的文章的主要作者，该文章发表在《天体物理学杂志快报》上。“GW Lup周围的温暖内盘似乎相当干燥。虽然我们清楚地检测到含有碳和氧的分子，但存在的水比预期的要少得多，“格兰特解释说。

中心恒星周围没有气体的间隙可以解释缺水的原因。“如果这个洞延伸到水和二氧化碳的雪线之间，这将解释为什么我们在那里发现如此少的水蒸气，”格兰特说。雪线表示与恒星距离不同的环状区域，温度下降到某些化学物质冻结的值。水雪线比二氧化碳雪线更接近恒星。

因此，如果一个空腔延伸到水雪线之外，这个范围之外的气体仍然含有二氧化碳，但只有很少的水。任何在那里形成的行星最初都会相当干燥。因此，像来自外行星系统的彗星这样的小冰天体可能是唯一的实质性水源。另一方面，如果与圆盘相互作用的行星是造成这种间隙的原因，这表明该行星在其形成过程中会积聚水。

该团队还首次在原行星盘中检测到一种更罕见的二氧化碳分子，该碳原子比更常见的类型略重。与仅探测较暖盘表面的“正常”二氧化碳相比，较重的兄弟姐妹的辐射可以从更深和较冷的层逃逸盘。分析结果的温度从圆盘中平面附近的约200开尔文(-75摄氏度)到其表面的约500开尔文(+225摄氏度)。

围绕一颗质量非常低的恒星的圆盘中富含碳化学成分

生命似乎需要碳，形成复杂的化合物。虽然简单的含碳分子如一氧化碳和二氧化碳遍布大多数行星形成盘，但随后盘的丰富碳氢化合物化学性质非常不寻常。

“低质量恒星J160532周围的圆盘光谱揭示了温度在230摄氏度左右的温度下温暖的氢气和氢碳化合物，”法国巴黎萨克雷大学天体物理研究所CNRS研究员Benoît Tabone说，他是另一项MINDS研究的主要作者，该研究可在arXiv预印本服务器上找到。最强的光谱信号来自热乙炔分子，每个分子由两个碳原子和两个氢原子组成。

其他同样温暖的有机分子气体是双乙炔和苯，这是在原行星盘中首次检测到的气体，可能还有甲烷。这些检测表明该盘含有比氧更多的碳。这种化学成分的混合物也可能影响在那里形成的行星的大气层。相比之下，水似乎几乎没有。相反，大部分水可能被锁在较冷的外盘的冰卵石中，这些观察无法追踪。

年轻恒星的喷发为行星产生种子

除气体外，固体物质是原行星盘的典型成分。其中大部分由硅酸盐颗粒组成，基本上是细沙。它们从纳米颗粒生长到随机结构的微米大小的聚集体。当加热时，它们可以呈现晶体结构。由Ágnes Kóspál(MPIA和Konkoly天文台，布达佩斯，匈牙利)领导的团队发表的一项工作不属于MINDS计划，展示了这些晶体如何进入最终建造类地行星的岩石鹅卵石。科学家在彗星和地壳中也发现了这样的晶体。这项工作也发表在《天体物理学杂志快报》上。

该团队重新发现了多年前在反复喷发的恒星EX Lup周围的圆盘中检测到的晶体，刚刚从最近的爆发中恢复过来。它为结晶过程提供了必要的热量。经过一段时间的缺席，这些晶体现在重新出现在它们的光谱中，尽管温度要低得多，使它们离恒星更远。这一重新发现表明，反复爆发对于提供行星系统的一些构建块可能至关重要。

天文研究的黄金时代

这些结果表明，JWST的到来开创了天文学研究的新黄金时代。在早期阶段，研究结果是开创性的。“我们期待着JWST将带来什么其他消息，”亨宁宣称。总之，MINDS计划将针对50颗年轻的低质量恒星的圆盘。“我们渴望了解我们将发现的多样性。

“通过改进用于解释光谱的模型，我们还将改善手头的结果。最终，我们希望利用JWST和MIRI的全部能力来检查这些行星摇篮，“荷兰格罗宁根大学Kapteyn天文学研究所的MINDS合作者和科学家Inga Kamp补充道。

了解围绕质量非常低的恒星(即质量比太阳小五到十倍的恒星)周围行星的形成是特别有益的。这些恒星周围的岩石行星过多，许多潜在的宜居行星已经被发现。因此，MINDS计划有望澄清有关类地行星形成以及生命出现的一些关键问题。

背景资料

詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)是有史以来发射到太空的最大，最强大的望远镜。这是美国宇航局、欧空局和加空局之间的国际伙伴关系。

JWST的中红外仪器(MIRI)由欧洲研究机构联盟建造，是一种用于5至28微米之间红外波长的多用途科学仪器。它将成像相机与光谱仪相结合。在工业合作伙伴的支持下，MPIA提供了所有波长选择元件的机制，如滤光片和光栅轮，并领导了MIRI的电气设计。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！