詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的發(fā)現(xiàn)支持長期以來提出的行星形成過程 _太空

這位藝術(shù)家的概念比較了新生的類太陽恒星周圍兩種典型的行星形成圓盤。左邊是光盤，右邊是有缺口的擴展盤。科學家利用韋伯最近研究了四個原行星盤——兩個致密盤和兩個擴展盤。研究人員設(shè)計了他們的觀察結(jié)果，以測試致密的行星形成盤的內(nèi)部區(qū)域是否比有間隙的擴展行星形成盤有更多的水。如果致密盤中被冰覆蓋的鵝卵石更有效地漂移到更靠近恒星的區(qū)域，將大量的固體和水送到剛剛形成的巖石內(nèi)行星，這種情況就會發(fā)生。目前的研究表明，大型行星可能會導致壓力增加的環(huán)，鵝卵石往往會聚集在那里。隨著鵝卵石的漂移，每當它們遇到壓力增加時，它們就會聚集在那里。這些壓力陷阱不一定會關(guān)閉卵石漂移，但它們確實會阻止它。這似乎是在有環(huán)和間隙的大圓盤中發(fā)生的事情。這也可能是木星在我們太陽系中的一個角色——抑制鵝卵石和水輸送到我們內(nèi)部相對缺水的小巖石行星。鳴謝:美國航天局、歐空局、加空局、約瑟夫·奧姆斯特德
據(jù)太空望遠鏡科學研究所（安·詹金斯）：使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的科學家們在揭示行星是如何形成的方面取得了突破性的發(fā)現(xiàn) 。通過觀察原行星盤中的水蒸氣，韋伯證實了一種物理過程，這種過程涉及冰層覆蓋的固體從盤的外部區(qū)域漂移到巖石行星帶。
理論早就提出，在原行星盤寒冷的外部區(qū)域形成的冰卵石——彗星起源于我們太陽系的同一區(qū)域——應該是行星形成的基本種子。這些理論的主要要求是，由于氣體盤中的摩擦，鵝卵石應該朝著恒星向內(nèi)漂移，將固體和水送到行星上。
該理論的一個基本預測是，當冰冷的鵝卵石進入“雪線”內(nèi)較溫暖的區(qū)域時——在那里冰轉(zhuǎn)化為蒸汽——它們應該釋放出大量的冷水蒸汽。這正是韋伯觀察到的。
“韋伯最終揭示了內(nèi)盤水蒸氣和外盤冰卵石漂移之間的聯(lián)系，”德克薩斯州圣馬科斯的德克薩斯州立大學首席研究員安德里亞·班扎蒂說。"這一發(fā)現(xiàn)為韋伯研究巖石行星的形成開辟了令人興奮的前景！"
“在過去，我們對行星的形成有一個非常靜態(tài)的圖像，就像行星是從這些孤立的區(qū)域形成的一樣，”來自紐約波基普西瓦薩學院的團隊成員Colette Salyk解釋道。“現(xiàn)在我們實際上有證據(jù)表明這些區(qū)域可以相互作用。這也是在我們的太陽系中發(fā)生的事情。”

這幅圖是對韋伯的MIRI數(shù)據(jù)的解釋，這是一種中紅外儀器，對圓盤中的水汽很敏感。它顯示了致密盤中卵石漂移和含水量與帶有環(huán)和間隙的擴展盤之間的差異。在左側(cè)的致密盤中，隨著被冰覆蓋的鵝卵石向內(nèi)朝著更靠近恒星的溫暖區(qū)域漂移，它們不受阻礙。當它們越過雪線時，它們的冰變成蒸汽，并提供大量的水來豐富剛剛形成的巖石內(nèi)行星。右邊是一個帶有圓環(huán)和缺口的擴展圓盤。當被冰覆蓋的鵝卵石開始它們向內(nèi)的旅程時，許多被縫隙阻擋并被困在環(huán)中。越來越少的冰卵石能夠越過雪線將水輸送到冰盤的內(nèi)部區(qū)域。鳴謝:美國航天局、歐空局、加空局、約瑟夫·奧姆斯特德
利用韋伯的力量
研究人員使用韋伯的MIRI(中紅外儀器)研究了圍繞類太陽恒星的四個圓盤——兩個致密圓盤和兩個擴展圓盤。據(jù)估計，這四顆恒星的年齡都在200萬到300萬年之間，只是宇宙時間中的新生兒。
這兩個光盤預計將經(jīng)歷有效的卵石漂移，將卵石送到相當于海王星軌道距離內(nèi)的井中。相比之下，擴展的圓盤預計會將它們的鵝卵石保留在多個環(huán)中，遠至海王星軌道的六倍。
韋伯的觀察旨在確定致密盤在其內(nèi)部的巖石行星區(qū)域是否有更高的水豐度，正如預期的那樣，如果卵石漂移更有效，并向內(nèi)部行星輸送大量固體物質(zhì)和水。該小組選擇使用MIRI的MRS(中分辨率光譜儀)，因為它對磁盤中的水蒸氣很敏感。
結(jié)果證實了預期，揭示了與大型光盤相比，小型光盤中有過多的冷水。
隨著鵝卵石的漂移，每當它們遇到壓力沖擊——壓力增加——它們就會聚集在那里。這些壓力陷阱不一定會關(guān)閉卵石漂移，但它們確實會阻止它。這似乎是在有環(huán)和間隙的大圓盤中發(fā)生的事情。
目前的研究表明，大型行星可能會導致壓力增加的環(huán)，鵝卵石往往會聚集在那里。這也可能是木星在我們太陽系中的一個角色——抑制鵝卵石和水輸送到我們內(nèi)部相對缺水的小巖石行星。

雙層光譜圖。上圖比較了緊湊的GKτ盤和擴展的τ盤的溫水和冷水的光譜數(shù)據(jù) 。下圖顯示了緊湊的GKτ盤中的過量冷水數(shù)據(jù)減去擴展的τ盤中的冷水數(shù)據(jù) 。鳴謝:美國航天局、歐空局、加空局、約瑟夫·奧姆斯特德
解開謎語
當數(shù)據(jù)首次出現(xiàn)時，研究小組對結(jié)果感到困惑。“兩個月來，我們一直停留在這些初步結(jié)果上，這些結(jié)果告訴我們，致密盤的水更冷，而大盤的水總體上更熱，”班扎蒂回憶道。"這毫無意義，因為我們選擇了溫度非常相似的恒星樣本."
只有當Banzatti將來自光盤的數(shù)據(jù)疊加到來自大磁盤的數(shù)據(jù)上時，答案才清晰地出現(xiàn):光盤在雪線內(nèi)有額外的冷水，大約比海王星軌道近10倍。
“現(xiàn)在我們終于明白了，是越冷的水越多，”班扎蒂說。"這是前所未有的，完全歸功于韋伯更高的分辨能力."
該小組的結(jié)果發(fā)表在《天體物理學雜志快報》上。