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科学家通过韦伯望远镜发现行星形成过程

2023年11月14日7:38 未解之谜网

    韦伯望远镜观察到的两种“原行星盘”的艺术假想图,左图为紧凑原行星盘,右图为分散原行星盘。(NASA, ESA, CSA, JOSEPH OLMSTED STSCI)

    美国宇航局(NASA)的科学家可能刚刚通过詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)发现了行星是如何形成的。

    这一发现于11月8日发表在《天体物理学杂志快报》(Astrophysical Journal Letters)上。研究通过观察“原行星盘”(protoplanetary disk)中的水蒸气得出的,而原行星盘是新恒星形成后气体和尘埃的一个旋转模式。

    NASA于11月8日发布的一份新闻稿详细介绍了这一发现,韦伯望远镜的观察显示,圆盘外部区域的低温卵石(pebble)在摩擦和气体的作用下,朝向内部新形成的恒星漂移。当这些冰冷的鹅卵石漂向温暖的地区(被称为“雪线”,snowline)时,水蒸气就会释放出来。这个物理过程逐渐将水和固体输送到周围的行星。

    之前已有关于这一过程的理论,但现在韦伯望远镜首次在此过程发生时将其记录在案。

    研究项目团队成员、纽约州波基普西的瓦萨学院(Vassar College in Poughkeepsie)的科莱特·萨利克(Colette Salyk)在媒体上表示:“过去,我们认为行星形成于一个孤立的区域,呈静态状。现在的证据表明这些区域可以相互作用。在太阳系中也是如此。”

    德州州立大学圣马科斯分校首席研究员安德里亚·班扎蒂(Andrea Banzatti)补充道:“韦伯最终揭示了内盘中的水蒸气与外盘中冰冻卵石漂移之间的联系。这一发现为研究岩石行星的形成开辟了令人振奋的前景!”

    为了得出这些发现,天文学家使用韦伯望远镜中的中红外仪器观察了围绕两颗恒星的四个圆盘,包括“两个紧凑的和两个分散的”。这些恒星的年龄在200万~300万年之间——和宇宙的年龄相比,它们实在是很年轻。

    研究发现,紧凑的原行星盘比分散的盘释放的水分更多,因其有更有效的卵石漂移。NASA称,这些冰冷的卵石被带到了相当于海王星轨道的距离。简而言之,紧凑的原行星盘在分配行星形成所需元素方面比分散的原行星盘更有效。

    当这些发现刚刚被记录下来时,天文学家感到困惑。

    班扎蒂说:“两个月来,我们一直困阻在这些初步结果上,因它告诉我们,紧凑原行星盘上的水总体上较冷,而分散原行星盘上的水总体较热,而这没有意义,因为我们用的是温度非常相似的恒星样本。”

    仔细观察数据就可以发现其中的原因。紧凑原行星盘在雪线内有额外的冷水。

    班扎蒂说:“现在我们终于清楚地看到,冷水中有多余的水。这是前所未有的,完全归功于韦伯望远镜更高的解析能力!”基本上,冷水对岩石行星的形成更有效。

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