揭开高紫外线环境中行星形成的秘密
根据宾夕法尼亚州立大学天文学家领导的一项国际合作的一项新研究，行星形成的基本组成部分甚至可以存在于极端紫外线辐射的环境中。 该研究利用了美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜 （JWST） 无与伦比的功能和复杂的热化学建模来研究原行星盘——围绕新恒星的尘埃和气体，最终可以产生行星和其他天体银河系中最极端的环境之一。 一篇描述这项研究的论文于 5 月 20 日发表在《天体物理学杂志》上。 “天文学家长期以来一直试图了解行星是如何在围绕年轻恒星的气体和尘埃旋转盘中形成的，”宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院天文学和天体物理学博士后研究员、该研究的主要作者 Bayron Portilla-Revive 说。 “这些结构——被称为原行星盘——是太阳系外系统的发源地，比如我们自己的太阳系，它形成于 45 亿年前。 原行星盘通常在大质量恒星附近形成，这些恒星会发出大量的紫外线 （UV） 辐射，这可能会破坏盘并影响它们形成行星的能力。 虽然通过研究附近恒星形成区域的原行星盘已经取得了重大进展，但这些区域缺乏大质量更常见恒星中存在的强烈紫外线辐射托儿所。 紫外线辐射是指比可见光能量更大的不可见光。 在地球上，这会损害细胞，从轻度晒伤到皮肤癌不等。 在太空中，没有行星的大气过滤器，紫外线辐射要强烈得多。 这项研究的重点是一颗被称为 XUE 1 的年轻太阳质量恒星，它位于距离太阳约 5,500 光年的地方，位于一个叫龙虾星云的区域，也被称为 NGC 6357。 该地区以拥有 20 多个大质量恒星，其中两颗是我们银河系中已知的最大质量恒星之一，并且是极端的紫外线发射器。 在同一区域，该团队观察到十几颗质量较低的年轻恒星，它们的原行星盘受到强烈的紫外线辐射。 将 JWST 观测与复杂的天体化学模型相结合，研究人员确定了 XUE 1 周围原行星盘中微小尘埃颗粒的组成，这些尘埃颗粒最终将生长形成岩石行星。 他们发现磁盘包含足够的固体物质，可能形成至少 10 颗行星，每颗行星的质量都与水星的质量相当。 作者还确定了以前检测到的各种分子在盘中的空间分布，包括水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢和乙炔。 “这些分子有望为新兴行星大气层的形成做出贡献，”该系研究教授康斯坦丁·盖特曼 （Konstantin Getman） 说宾夕法尼亚州立大学的天文学和天体物理学，也是该研究的合著者。 “对这种尘埃和气体储层的探测表明，即使在极端紫外线辐射的环境中，行星形成的基本组成部分也可以存在。” 此外，根据 JWST 检测到的光中不存在某些充当紫外线照射示踪剂的分子，该团队推断原行星盘是紧凑的，其外围没有气体。 它只延伸了大约10 个天文单位 -- 一种基于地球和太阳之间的平均距离的度量 -- 从宿主恒星到土星的距离，大约是从太阳到土星的距离。 据研究小组称，这种致密性可能是外部紫外线辐射侵蚀椎间盘外部区域的结果。 “这些发现支持这样一种观点，即即使本命盘暴露在强烈的外部辐射下，行星也会围绕恒星形成，”杰出的资深学者兼教授埃里克·费格尔森 （Eric Feigelson） 说。宾夕法尼亚州立大学的天文学和天体物理学以及统计学。 “这有助于解释为什么天文学家发现行星系统在其他恒星周围非常普遍。” 研究人员表示，对 XUE 1 的研究代表了了解外部辐射对原行星盘影响的关键一步。 它为未来的天基和地基望远镜观测活动奠定了基础，旨在构建更全面的行星形成图不同的宇宙环境。 Portilla-Revelo 表示，这项研究强调了 NASA 的詹姆斯韦伯卫星天文台在探索行星形成的复杂性方面的变革能力，并强调了原行星盘在面对艰巨环境挑战时的复原力。 除了 Portilla-Revelo、Getman 和 Feigelson 之外，研究团队还包括马克斯-普朗克天文学研究所的 Maria Claudia Ramírez-Tannus 和 Thomas Henning德国海德堡; 托马斯 J. 伦敦玛丽皇后大学的 Haworth; 荷兰拉德堡德大学的 Rens Waters 和 SRON 荷兰空间研究所; 瑞典斯德哥尔摩大学的 Arjan Bik 和 Jenny Frediani; 荷兰格罗宁根大学的 Inga Kamp; 西尔克 E. 奥地利科学院的 van Terwisga; 安德鲁 J. 在法国尼斯的蔚蓝海岸大学和德国海德堡的马克斯-普朗克天文学研究所的冬天; 维罗妮卡意大利博洛尼亚大学的 Roccatagliata 和 INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri; Thomas Preibisch 在德国 Ludwig-Maximilians-Universität 的 Thomas; 亚利桑那州图森双子座天文台的 Elena Sabbi; 马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的 Peter Zeidler; 和 Michael A. 英国赫特福德大学 （University of Hertfordshire） 的库恩 （Kuhn）。 NASA 资助了这项研究，并得到了宾夕法尼亚州立大学系外行星和宜居世界中心的额外支持，Deutsche Forschungsgemeinschaft，国际双子座天文台 -- NSF NOIRLab 的一个项目，该项目由天文学研究大学协会根据与美国的合作协议进行管理。 美国国家科学基金会、皇家学会多萝西·霍奇金奖学金和 UKRI 为“地平线欧洲”ERC 整合者赠款、瑞典国家航天局、德国航空航天中心、德国联邦经济事务和能源部、欧盟的 Horizon 2020 研究和创新计划，以及欧洲研究理事会通过 ERC 协同补助金“ECOGAL”。