天文学家首次提供行星形成盘中冰的详细图片

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Sturm等人的研究一览。左上角:观察到的区域。右上:观察到的光线和水冰特征的细节。下图:显示不同分子产生的波峰和波谷的光谱。鸣谢:斯特姆等人。

（）据荷兰天文研究学院：一个荷兰领导的国际天文学家小组在一颗年轻恒星周围的尘埃和气体形成的行星盘中首次制作了二维冰清单。他们使用了詹姆斯·韦伯太空望远镜，并在《天文学和天体物理学》杂志上发表了他们的发现。

冰对行星和彗星的形成很重要。由于冰的存在，固体尘埃颗粒聚集成更大的块，由此形成行星和彗星。此外，含冰彗星的撞击可能对地球上的水量有很大贡献，形成了海洋。

这种冰还含有碳、氢、氧和氮原子，这些原子对生命分子的形成非常重要。然而，行星形成盘中的冰以前从未被详细测绘过。这是因为地球上的望远镜受到我们含水大气层的阻碍，也因为其他太空望远镜不够大，无法探测和分辨这样微弱的目标。詹姆斯·韦伯太空望远镜解决了这些问题。

“汉堡包”盘

研究人员研究了年轻恒星HH 48 NE穿过其行星形成盘向太空望远镜发出的星光。恒星和圆盘位于南变色龙星座，距离地球约600光年。这个圆盘看起来像一个汉堡包，有一个黑暗的中央通道和两个明亮的圆面包，因为我们是从侧面看的。

在前往望远镜的途中，星光与许多圆盘分子碰撞。这就产生了每个分子特有的吸收光谱。缺点是到达望远镜的光线很少，特别是在黑暗的通道中，来自圆盘最密集部分的光线。但是因为詹姆斯·韦伯太空望远镜比任何其他望远镜都更灵敏，所以低亮度不会造成问题。

研究人员在吸收光谱中观察到水冰(H2O)、二氧化碳冰(CO2)和一氧化碳冰(CO)的明显峰。此外，他们发现了氨(NH3)、氰酸盐(OCN)、硫化羰(OCS)和重二氧化碳(13CO2)冰的证据。

常规二氧化碳与重二氧化碳的比例让研究人员首次计算出了圆盘中存在多少二氧化碳。有趣的结果之一是，研究人员检测到的冰可能与挥发性较低的二氧化碳和水冰混合在一起，使其比以前认为的更接近恒星。



原行星盘HH 48 NE周围区域的合成图像。圆盘上的散射光是红色的。圆盘上方的气体是绿色的。喷气式飞机是蓝色的。鸣谢:HST，JWST，Sturm等人。

冰河世纪计划

“行星形成盘中冰的直接映射为建模研究提供了重要的输入，有助于更好地理解我们的地球、太阳系中的其他行星以及其他恒星周围的形成。有了这些观察，我们现在可以开始对恒星和行星形成的物理和化学做出更坚定的声明，”该研究的主要作者Ardjan Sturm(荷兰莱顿大学)说。

“2016年，我们创建了首批JWST研究项目之一——《冰河世纪》。我们希望研究生命的冰建筑块是如何从它们在寒冷星际云中的起源到年轻行星系统的彗星形成区域的旅程中演变的。现在结果开始出现了。“这真是一个激动人心的时刻，”合著者梅丽莎·麦克卢尔(莱顿大学)说。她领导着这个研究项目，并于2023年1月发表了第一份分子云中的冰期冰观测结果。

在不久的将来,“冰河世纪”团队将研究同一行星形成盘更广泛的光谱。此外，他们现在能够观察其他行星形成的圆盘。如果关于CO冰混合物的发现成立，这将改变目前对行星组成的理解，潜在地导致更多富含碳的行星靠近恒星。

最终，研究人员打算了解更多关于行星、小行星和彗星的形成路径和由此产生的成分。