天文學家利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）在龍蝦星雲的一個高度輻照區域觀測到了岩石行星形成所必需的水和分子。這項發現是”XUE”計畫的一部分，它擴大了岩石行星形成的已知環境，挑戰了先前的看法，並為了解系外行星的多樣性提供了新的視角。

天文學家發現了一系列分子，它們都是岩石行星的組成。太空是一個嚴酷的環境，但有些區域比其他區域更嚴酷。一個被稱為龍蝦星雲的恆星形成區孕育著銀河系中一些質量最大的恆星。大質量恆星的溫度更高，因此會發出更多的紫外線（UV）。這些紫外線照射著附近恆星周圍的行星形成盤。天文學家預計紫外線會分解許多化學分子。然而，詹姆斯-韋伯太空望遠鏡在這樣一個星盤中檢測到了多種分子，包括水、一氧化碳、二氧化碳、氰化氫和乙炔。這些分子是岩石行星的組成成分之一。

這是藝術家繪製的年輕恆星被原行星盤包圍的圖像，行星正在原行星盤中形成。圖片來源：ESO

一個國際天文學家小組利用美國國家航空暨太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡，首次觀測到在銀河系最極端環境中的一個圓盤的高度輻照內部、岩石行星形成區域中的水和其他分子。這些結果表明，岩質行星形成的條件可能發生在比以前想像的更廣泛的環境中。

這是詹姆斯-韋伯太空望遠鏡”極端紫外線環境”（XUE）計畫的首批研究成果，該計畫主要研究大質量恆星形成區中行星形成盤（由氣體、塵埃和大塊岩石組成的巨大旋轉雲團，行星在此形成和演化）的特徵。這些區域很可能代表了大多數行星系統的形成環境。了解環境對行星形成的影響對於科學家深入了解不同類型系外行星的多樣性非常重要。

XUE計畫的目標是龍蝦星雲（又稱NGC 6357）三個區域中的共15個盤狀星團，這是一個大型發射星雲，距離地球大約5500光年，位於天蠍座。龍蝦星雲是最年輕、最近的大質量恆星形成群之一，也是銀河系中一些質量最大恆星的所在地。大質量恆星的溫度更高，因此會發出更多的紫外線（UV）輻射。這會分散氣體，使圓盤的預期壽命短至一百萬年。有了韋伯望遠鏡，天文學家現在可以研究紫外線輻射對太陽等恆星周圍原行星盤內部行星形成區域的影響。

德國馬克斯-普朗克天文學研究所的瑪麗亞-克勞迪婭-拉米雷斯-坦努斯（María Claudia Ramírez-Tannus）說：”韋伯望遠鏡是唯一具有空間分辨率和靈敏度來研究大質量恆星形成區行星形成盤的望遠鏡。”

天文學家們的目標是利用韋伯中紅外線儀器（MIRI）上的中分辨率分光計來描述龍蝦星雲中的岩石行星形成盤區的物理特性和化學成分。第一項成果的重點是位於Pismis 24星團中被稱為XUE 1的原行星盤。

研究小組成員、瑞典斯德哥爾摩大學的Arjan Bik 補充說：”只有中紅外成像儀的波長範圍和光譜分辨率才能讓我們探測到岩質行星形成的溫熱氣體和塵埃的分子清單和物理條件。”

由於”XUE 1″位於NGC 6357中幾顆大質量恆星附近，科學家預計它在整個生命週期中一直暴露在大量紫外線輻射下。然而，在這種極端環境下，研究團隊仍檢測到了一系列分子，而這些分子正是構成陸地行星的基石。

研究小組成員、荷蘭拉德布德大學的倫斯-沃特斯（Rens Waters）說：”我們發現，薛厄一號周圍的內盤與附近恆星形成區的內盤非常相似。我們探測到了水和其他分子，如一氧化碳、二氧化碳、氰化氫和乙炔。不過，發現的輻射比一些模型預測的要弱。這可能意味著外盤半徑較小。”

拉德布德大學的Lars Cuijpers 補充說：”我們感到驚訝和興奮，因為這是在這種極端條件下首次探測到這些分子。研究小組還在星盤表面發現了部分結晶的矽酸鹽小塵埃。這被認為是岩石行星的組成部分。”

這些結果對於岩質行星的形成來說是個好消息，因為科學小組發現，內盤的條件與位於恆星形成區附近、只有低質量恆星形成的、經過充分研究的盤中的條件相似。這表明岩質行星可以在比以前認為的更廣泛的環境中形成。

研究小組指出，”XUE”計劃的其餘觀測對於確定這些條件的共通性至關重要。

拉米雷斯-坦努斯說：”XUE 1 向我們表明，形成岩質行星的條件是存在的，所以下一步就是檢查這種情況有多普遍。我們將觀測同一區域的其他星盤，以確定觀測到這些條件的頻率”。

這些結果已發表在《天文物理學報》上。