詹姆斯·韦伯太空望远镜发现年轻恒星周围有碳分子丛

独孤一山隙

据美国宇航局：一个国际天文学家团队使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜研究了一颗年轻的低质量恒星周围的气体和尘埃盘。研究结果揭示了迄今为止在这样一个圆盘中发现的最大数量的含碳分子。这些发现对这颗恒星周围可能形成的任何行星的潜在成分都有启示。

岩石行星比气态巨星更有可能在低质量恒星周围形成，这使它们成为银河系中最常见恒星周围最常见的行星。人们对这些世界的化学成分知之甚少，这些世界可能与地球相似，也可能与地球截然不同。通过研究这些行星形成的圆盘，天文学家希望更好地了解行星的形成过程和由此产生的行星的组成。

极低质量恒星周围形成行星的圆盘很难研究，因为它们比高质量恒星周围的圆盘更小、更暗。一个名为MIRI（中红外仪器）中红外盘调查（MINDS）的项目旨在利用韦布的独特能力，在盘的化学存量和系外行星的性质之间架起一座桥梁。

图片A：艺术家对原行星盘的概念



这是艺术家对一颗被气体和尘埃盘包围的年轻恒星的印象。一个国际天文学家团队使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜研究了一颗年轻的低质量恒星ISO ChaI 147周围的圆盘。研究结果揭示了迄今为止原行星盘中最丰富的碳氢化合物化学成分。来源：美国航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

荷兰格罗宁根大学的首席作者Aditya Arabhavi解释道：“韦布比以前的红外太空望远镜有更好的灵敏度和光谱分辨率。”。“这些观测是不可能在地球上进行的，因为圆盘的排放被我们的大气层阻挡了。”

在一项新的研究中，该团队探索了一颗被称为ISO ChaI 147的低质量恒星周围的区域，这颗恒星有100万至200万年的历史，重量仅为太阳的0.11倍。韦布的MIRI揭示的光谱显示了迄今为止原行星盘中最丰富的碳氢化合物化学成分——总共有13种不同的含碳分子。该团队的发现包括首次探测到太阳系外的乙烷（C2H6），以及乙烯（C2H4）、丙炔（C3H4）和甲基CH3。

Arabhavi补充道：“这些分子已经在我们的太阳系中被检测到，就像在67P/Churyumov–Gerasimenko和C/2014 Q2（Lovejoy）等彗星中一样。”。“韦布让我们明白，这些碳氢化合物分子不仅多样，而且丰富。令人惊讶的是，我们现在可以看到这些分子在行星摇篮中的舞蹈。这是一个与我们通常想象的截然不同的行星形成环境。”

图片B:ISO ChaI 147的原行星盘（MIRI发射光谱）



美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜的MIRI（中红外仪器）揭示的恒星ISO ChaI 147的光谱显示了迄今为止在原行星盘中发现的最丰富的碳氢化合物化学成分，该原行星盘中由13个含碳分子组成。这包括首次对乙烷（C2H6）进行太阳系外探测。该团队还首次在原行星盘中成功探测到乙烯（C2H4）、丙炔（C3H4）和甲基自由基CH3。来源：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）

研究小组指出，这些结果对内盘和可能在那里形成的行星的化学性质有很大的影响。由于韦布揭示了圆盘中的气体富含碳，行星形成的固体材料中可能只剩下很少的碳。因此，可能在那里形成的行星最终可能是贫碳的。（地球本身被认为是贫碳的。）

同样来自格罗宁根大学的团队成员Inga Kamp补充道：“这与我们在太阳型恒星周围的圆盘中看到的成分截然不同，在那里，水和二氧化碳等含氧分子占主导地位。”。“此对象确定这些对象是唯一的一类对象。”

法国国家科学研究中心的团队成员Agnés Perrin补充道：“令人难以置信的是，我们能够在600光年外的物体中检测和量化我们在地球上熟知的分子数量，比如苯。”。

接下来，科学团队打算将他们的研究范围扩大到更大的低质量恒星周围的此类圆盘样本，以加深他们对此类富含碳的类地行星形成区域的普遍性或奇异性的理解。“我们研究的扩展也将使我们更好地了解这些分子是如何形成的，”团队成员、MINDS项目的首席研究员、德国马克斯·普朗克天文研究所的托马斯·亨宁解释道。“韦布数据中的几个特征也仍未确定，因此需要更多的光谱学来全面解释我们的观测结果。”

这项工作还强调了科学家跨学科合作的迫切需要。该团队指出，这些结果和伴随的数据可以为其他领域做出贡献，包括理论物理、化学和天体化学，以解释光谱并研究该波长范围内的新特征。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦布正在解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦布是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧空局和加拿大航天局领导的一个国际项目。