詹姆斯·韋伯太空望遠鏡跟隨霓虹燈走向行星形成的新思維

（神秘的地球uux.cn）據美國宇航局韋伯望遠鏡小組：科學家們正在追蹤霓虹燈，尋找一個行星係統的未來和另一個行星係統——我們的太陽係——的過去的線索。繼美國國家航空航天局以前的紅外旗艦天文台(現已退役的斯皮策太空望遠鏡)的一個特殊讀數之後，該機構的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在年輕的類太陽恒星SZ Chamaelontis (SZ Cha)周圍的塵埃盤中檢測到了氖元素的明顯痕跡。
圖片:SZ Chamaeleontis原行星盤(藝術家概念)

在這個藝術家的概念中，年輕的恒星SZ Chamaeleontis (SZ Cha)被一個具有形成行星係統潛力的塵埃和氣體圓盤所包圍。在行星、衛星和小行星形成之前，我們的太陽係曾經看起來像這樣。原始成分，包括地球上的生命，存在於太陽的原行星盤中。SZ Cha發出多種波長的輻射，蒸發著圓盤。在物質盤完全蒸發之前，行星正在與時間賽跑形成。美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀察到了圓盤中的典型情況——它主要受到X射線的轟擊。然而，當美國國家航空航天局的斯皮策太空望遠鏡在2008年觀察這個圓盤時，它看到了一個不同的場景，由極紫外(EUV)光主導，由圓盤中一種特定類型的氖的存在指示。這些差異是顯著的，因為行星將有更多的時間從EUV主導的圓盤中形成。天文學家正在調查韋伯和斯皮策讀數之間差異的原因，並認為這可能是由於強風的存在(或不存在)，當風活躍時，會吸收EUV，留下X射線撞擊圓盤。圖像：uux.cn/美國國家航空航天局、歐空局、加空局、Ralf Crawford (STScI)
斯皮策和韋伯之間氖讀數的差異表明，到達圓盤的高能輻射發生了前所未有的變化，最終導致其蒸發，限製了行星形成的時間。
“我們是怎麽到這裏的？這真的回到了那個大問題，SZ Cha是同一類型的年輕恒星，T-Tauri星，就像我們的太陽在45億年前太陽係誕生時一樣，”馬薩諸塞州波士頓大學的天文學家Catherine Espaillat說，他領導了2008年的Spitzer觀測和新發表的Webb結果。“地球的原材料，以及最終的生命，存在於太陽形成後圍繞太陽的物質盤中，因此研究這些其他年輕係統是我們能夠回到過去看看我們自己的故事是如何開始的。”
科學家用氖作為指示器，來顯示有多少和什麽類型的輻射正在撞擊和侵蝕恒星周圍的圓盤。當斯皮策在2008年觀測SZ Cha時，它看到了一個異常值，其氖讀數不同於任何其他年輕的T-Tauri圓盤。不同之處在於檢測到了氖III，這種物質在被高能X射線撞擊的原行星盤中通常很少見。這意味著SZ Cha盤中的高能輻射來自紫外線，而不是X射線。除了是50-60個年輕恒星盤樣本中唯一的古怪結果之外，紫外線與X射線的差異對恒星盤及其潛在行星的壽命也很重要。
圖片:原行星盤中的氖氣

來自美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯和斯皮策太空望遠鏡的對比數據顯示，圍繞恒星SZ Cha(SZ Cha)的圓盤在短短15年內發生了變化。2008年，斯皮策探測到重要的氖III，使得SZ Cha在類似的年輕原行星盤中顯得異常。然而，當Webb在2023年跟進SZ Cha時，氖II與III的比例在典型水平內。所有這些都很重要，因為原行星盤是未來行星係統的組成部分——這些潛在的行星正在與時間賽跑。天文學家使用氖作為主要輻射擊中圓盤並導致其蒸發的指示器。當極紫外光占優勢時，氖III較多。這是斯皮策在2008年觀察到的不同尋常的情況。通常情況下，一個圓盤受X射線輻射支配，這使得圓盤蒸發得更快，留給行星形成的時間更少。研究人員認為，氖探測中的巨大差異是風的結果，當風存在時，會吸收紫外線並留下X射線來擊打圓盤。他們將繼續利用韋布來尋找其他圓盤條件變化的例子，努力更好地理解行星係統如何圍繞類太陽恒星發展。圖像：uux.cn/美國國家航空航天局、歐空局、加空局、Ralf Crawford (STScI)
“行星基本上是在與時間賽跑，在它蒸發之前在盤中形成，”研究小組的另一位天文學家，波士頓大學的Thanawuth Thanathibodee解釋說。“在發展係統的計算機模型中，與蒸發主要由X射線引起的情況相比，極紫外輻射允許行星的形成多100萬年。”
因此，當Espaillat的團隊返回與Webb一起研究SZ Cha時，它已經是一個相當大的謎，隻是發現了一個新的驚喜:不尋常的氖III信號幾乎消失了，表明X射線輻射的典型優勢。
研究小組認為，SZ Cha係統中氖信號的差異是可變風的結果，當存在時，會吸收紫外光，並留下X射線來擊打圓盤。該小組說，在一個新形成的充滿活力的恒星係統中，風是常見的，但在一個安靜無風的時期捕捉到該係統是可能的，這正是斯皮策碰巧做到的。
“斯皮策和韋伯的數據都很出色，所以我們知道這一定是我們在SZ Cha係統中觀察到的新東西——這是短短15年內條件的重大變化，”荷蘭萊頓大學的合著者Ardjan Sturm補充道。
Espaillat的團隊已經計劃用Webb和其他望遠鏡對SZ Cha進行更多的觀測，以揭開它的神秘麵紗。“在多種波長的光，如X射線和可見光中研究SZ Cha和其他年輕係統，以發現我們發現的這種可變性的真實性質，這將是非常重要的，”波士頓大學的合著者Caeley Pittman說。“在許多年輕的行星係統中，由極端紫外線輻射主導的短暫寧靜期可能很常見，但我們隻是未能捕捉到它們。”
“宇宙再次向我們表明，它的方法沒有一個像我們希望的那樣簡單。我們需要重新思考，重新觀察，收集更多的信息。我們會跟著霓虹燈走，”Espaillat說。
這項研究已經被《天體物理學雜誌快報》接受發表。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的太空科學天文台。韋伯正在解開我們太陽係的謎團，觀察其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。Webb是由NASA及其合作夥伴ESA(歐洲航天局)和加拿大航天局領導的一項國際計劃。

(责任编辑：永川市)