詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）正在幫助科學家揭示行星是如何形成的，加深了他們對行星誕生地和圍繞年輕恆星的周星盤的了解。由亞利桑那大學的納曼-巴加（Naman Bajaj）和SETI研究所的烏瑪-戈爾蒂（Uma Gorti）博士領導的科學家團隊在《天文學雜誌》上發表的一篇論文中，首次拍攝到了一個古老的行星形成盤（相對於太陽來說仍然非常年輕）的風，該盤正在積極地分散其氣體成分。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的突破性觀測揭示了行星形成盤中的氣體風散佈情況，加深了我們對行星形成動力學和盤演化的理解。(圖片來源：ESO/M.Kornmesser

以前曾拍攝過該星盤的影像，但還沒有拍攝過來自舊星盤的風。了解氣體的散逸時間非常重要，因為它可以限制新生行星消耗周圍氣體的時間。

從侵蝕的TCha 盤中獲得的啟示

這項發現的核心是對TCha的觀測，TCha是一顆年輕的恆星（相對於太陽而言），它被一個侵蝕性的圓盤包裹著，圓盤上有巨大的塵埃間隙，半徑約為30天文單位。天文學家首次利用惰性氣體氖（Ne）和氬（Ar）的四條線對分散的氣體（又稱風）進行了成像，其中一條線是首次在行星形成盤中探測到的。Ne II]的影像顯示，風來自星盤的一個擴展區域。該研究小組都是由Ilaria Pascucci（亞利桑那大學）領導的JWST 計劃的成員，他們也有興趣了解這一過程是如何發生的，以便更好地了解太陽系的歷史和對太陽系的影響。

納曼說：「這些風可能是由高能量恆星光子（恆星的光）驅動的，也可能是由編織行星形成盤的磁場驅動的。”

來自SETI研究所的烏瑪-戈爾蒂（Uma Gorti）數十年來一直在進行有關星盤散佈的研究，並與她的同事一起預測了JWST現在探測到的強氬發射。她說：”很高興終於能夠解開風中的物理條件，了解它們是如何發射的。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）是一個尖端的天文觀測站，旨在揭開宇宙的奧秘，從星系、恆星和行星的形成到系外行星潛在生命跡象的探測。它將於2021 年12 月發射升空，是未來十年中最重要的太空科學觀測站，在哈伯太空望遠鏡的基礎上擁有更強大的儀器和更廣泛的觀測能力。資料來源：美國國家航空暨太空總署

行星系統的演變

在像太陽系這樣的行星系統中，岩石天體似乎比富含氣體的天體多。在太陽周圍，這些天體包括內行星、小行星帶和柯伊伯帶。但科學家早就知道，行星形成盤一開始的氣體質量是固體質量的100 倍，這就引出了一個急切需要解答的問題：大部分氣體是何時以及如何離開行星盤/行星系統的？

在行星系統形成的早期階段，行星在年輕恆星周圍的氣體和微塵旋轉盤中凝聚。這些微粒聚集在一起，形成越來越大的塊狀物，稱為行星體。隨著時間的推移，這些行星體碰撞並粘連在一起，最終形成行星。行星形成的類型、大小和位置取決於可用物質的數量以及在星盤中停留的時間。因此，行星形成的結果取決於星盤的演化和散佈。

同一小組在萊頓天文台的安德魯-塞勒克博士領導的另一篇論文中，對恆星光子驅動的散佈進行了模擬，以區分這兩種散佈。他們將這些模擬與實際觀測結果進行了比較，發現高能量恆星光子的散佈可以解釋觀測結果，因此不能排除這種可能性。安德魯介紹說：”事實證明，JWST 對所有四條線的同時測量對於確定風的特性至關重要，並幫助我們證明了大量氣體正在被分散。根據研究人員的計算，每年擴散的氣體相當於月球的品質。《天文》雜誌目前正在審查一篇配套論文，該論文將詳細介紹這些結果。

變革性發現與未來展望

2007 年，利用史匹哲太空望遠鏡首次在幾個行星形成盤中發現了[Ne II]線，亞利桑那大學的計畫負責人Pascucci 教授很快將其確定為一種風的示踪劑；這改變了以了解盤氣體擴散為重點的研究工作。利用JWST 發現空間分辨[Ne II]和首次探測到[Ar III]可能會成為改變我們對這個過程的理解的下一步。

此外，研究團隊還發現，T Cha 的內盤正在以數十年的極短時間尺度演化；他們發現T Cha 的JWST 光譜與早期的Spitzer 光譜不同。這項正在進行的研究的第一作者、亞利桑那大學的謝承彥（Chengyan Xie）認為，這種不匹配可以用一個小的、不對稱的內盤來解釋，這個內盤在短短約17年的時間裡就失去了部分質量。與其他研究一起，這也暗示著T Cha 星的圓盤正處於演化的末期。我們或許能在有生之年目睹T Cha內盤所有塵埃質量的消散。

這些發現的影響使人們對導致行星形成所必需的氣體和塵埃分散的複雜相互作用有了新的認識。透過了解星盤散佈背後的機制，科學家可以更好地預測有利於行星誕生的時間和環境。研究小組的工作展示了JWST 的強大功能，為探索行星形成動力學和周星盤的演化開闢了一條新的道路。

編譯自: ScitechDaily