韦伯太空望远镜揭示岩石行星可在极端环境中形成

天文学家发现了一系列分子，它们都是岩石行星的组成成分。太空是一个严酷的环境，但有些区域比其他区域更加严酷。一个被称为龙虾星云的恒星形成区孕育着银河系中一些质量最大的恒星。大质量恒星的温度更高，因此会发出更多的紫外线（UV）。这些紫外线照射着附近恒星周围的行星形成盘。天文学家预计紫外线会分解许多化学分子。然而，詹姆斯-韦伯太空望远镜在这样一个星盘中检测到了多种分子，包括水、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢和乙炔。这些分子是岩石行星的构成成分之一。

这是艺术家绘制的年轻恒星被原行星盘包围的图像，行星正在原行星盘中形成。图片来源：ESO

一个国际天文学家小组利用美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜，首次观测到在银河系最极端环境中的一个圆盘的高度辐照内部、岩石行星形成区域中的水和其他分子。这些结果表明，岩质行星形成的条件可能发生在比以前想象的更广泛的环境中。

这是詹姆斯-韦伯太空望远镜"极端紫外环境"（XUE）计划的首批研究成果，该计划主要研究大质量恒星形成区中行星形成盘（由气体、尘埃和大块岩石组成的巨大旋转云团，行星在此形成和演化）的特征。这些区域很可能代表了大多数行星系统的形成环境。了解环境对行星形成的影响对于科学家深入了解不同类型系外行星的多样性非常重要。

XUE计划的目标是龙虾星云（又称NGC 6357）三个区域中的共15个盘状星团，这是一个大型发射星云，距离地球大约5500光年，位于天蝎座。龙虾星云是最年轻、最近的大质量恒星形成群之一，也是银河系中一些质量最大恒星的所在地。大质量恒星的温度更高，因此会发出更多的紫外线（UV）辐射。这会分散气体，使圆盘的预期寿命短至一百万年。有了韦伯望远镜，天文学家现在可以研究紫外线辐射对太阳等恒星周围原行星盘内部行星形成区域的影响。

德国马克斯-普朗克天文学研究所的玛丽亚-克劳迪娅-拉米雷斯-坦努斯（María Claudia Ramírez-Tannus）说："韦伯望远镜是唯一具有空间分辨率和灵敏度来研究大质量恒星形成区行星形成盘的望远镜。"

天文学家们的目标是利用韦伯中红外仪器（MIRI）上的中分辨率分光计来描述龙虾星云中的岩石行星形成盘区的物理特性和化学成分。第一项成果的重点是位于Pismis 24星团中被称为XUE 1的原行星盘。

研究小组成员、瑞典斯德哥尔摩大学的 Arjan Bik 补充说："只有中红外成像仪的波长范围和光谱分辨率才能让我们探测到岩质行星形成的温热气体和尘埃的分子清单和物理条件。"

由于"XUE 1"位于NGC 6357中几颗大质量恒星附近，科学家们预计它在整个生命周期中一直暴露在大量紫外线辐射下。然而，在这种极端环境下，研究小组仍然检测到了一系列分子，而这些分子正是构成陆地行星的基石。

研究小组成员、荷兰拉德布德大学的伦斯-沃特斯（Rens Waters）说："我们发现，薛厄一号周围的内盘与附近恒星形成区的内盘非常相似。我们探测到了水和其他分子，如一氧化碳、二氧化碳、氰化氢和乙炔。不过，发现的辐射比一些模型预测的要弱。这可能意味着外盘半径较小。"

拉德布德大学的 Lars Cuijpers 补充说："我们感到惊讶和兴奋，因为这是在这种极端条件下首次探测到这些分子。研究小组还在星盘表面发现了部分结晶的硅酸盐小尘埃。这被认为是岩石行星的组成部分。"

这些结果对于岩质行星的形成来说是个好消息，因为科学小组发现，内盘的条件与位于恒星形成区附近、只有低质量恒星形成的、经过充分研究的盘中的条件相似。这表明岩质行星可以在比以前认为的更广泛的环境中形成。

研究小组指出，"XUE"计划的其余观测对于确定这些条件的共性至关重要。

拉米雷斯-坦努斯说："XUE 1 向我们表明，形成岩质行星的条件是存在的，所以下一步就是检查这种情况有多普遍。我们将观测同一区域的其他星盘，以确定观测到这些条件的频率"。

这些结果已发表在《天体物理学报》上。