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翻譯：王婧彧

校對：申振宇 楊宜修

審閱：李宜驊

美編：張榮娜

后臺：胡永崴

https://www.space.com/astronomy/exoplanets/james-webb-space-telescope-discovers-planets-forming-in-spaces-most-punishing-environments

詹姆斯·韋布空間望遠鏡深入銀河系觀測系外行星

圖片來源：NASA/Adriana Manrique Gutierrez

借助詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST），天文學家深入觀察了銀河系中一個輻射最強烈的恒星形成區域，發現即使在這種極端惡劣的環境中，類似地球的宜居行星仍然可能形成。

研究人員表示，這項觀測擴大了宜居世界可能形成的環境范圍。此前，天文學家普遍認為，這種嚴苛的環境不利于行星的形成。賓夕法尼亞州立大學天文學與天體物理學系的研究教授、該研究新論文的合著者康斯坦丁·蓋特曼（Konstantin Getman）表示：“紫外線輻射長期以來被認為會對圍繞較小恒星形成的行星產生嚴重威脅。”

然而，近期的研究結果表明，即使在這種強烈紫外輻射的條件下，原行星盤——也就是行星誕生的氣體和塵埃旋轉環——依然可以存活并繼續演化。

“我們無法回到過去研究我們今天觀察到的系外行星是如何形成的，”該研究的合著者、德國海德堡馬普天文研究所的天文學家瑪麗亞·克勞迪婭·拉米雷斯-塔努斯（María Claudia Ramírez-Tannus）表示。“相反，我們需要尋找它們的年輕伙伴，也就是在強烈紫外輻射極端環境中的行星形成盤。”

這項研究是對2023年一項研究的延續，該研究提出即使在如此嚴苛的環境中，類似地球的宜居行星也能形成。此次新研究中，國際團隊聚焦于“XUE 1”——一個圍繞年輕恒星的原行星盤，以研究其尺寸、質量、溫度和化學成分。

XUE 1所處的紫外輻射環境遠比我們的太陽系所經歷的任何輻射都要強烈。“事實上，如果XUE 1被放置在我們太陽的位置，它每秒接收到的紫外能量將是現在的十萬分之一，”該研究的第一作者、賓夕法尼亞州立大學天文學與天體物理學系博士后巴伊龍·波蒂利亞·雷韋洛（Bayron Portilla Revelo）表示。

藝術家繪制的系外行星及其惡劣大氣的想象圖

圖片來源：David A. Aguilar (CfA)

“一種完全不同的設想”

JWST是這項新發現的關鍵。該望遠鏡徹底革新了對受輻射原行星盤的研究，具備了從幾千光年外觀察它們所需的靈敏度和分辨率。“JWST是唯一能觀測遙遠區域中相對微弱行星盤的儀器”，拉米雷斯-塔努斯表示。

研究團隊利用JWST的中紅外儀器（MIRI），該儀器以中紅外波段觀測宇宙。他們使用了2023年收集的觀測數據，并補充了可見光與紅外天文巡天望遠鏡、哈勃太空望遠鏡以及斯皮策太空望遠鏡的其他數據。

這些數據使團隊得以觀測一個距離我們5500光年的原行星盤的輻射。為了解釋這些觀測結果，研究人員首次構建了一個由JWST/MIRI及檔案數據驅動的熱化學計算模型，用以模擬XUE 1原行星盤中光、熱和化學反應的相互作用。

熱化學模型在研究行星形成盤方面具有巨大優勢，因為它們可以幫助天文學家深入探索可用于行星形成的物質數量等細節。“這對理解像我們太陽系這樣的行星系統是如何形成的至關重要，”波蒂利亞·雷韋洛說。

但與此同時，熱化學模型的計算量極大，且需要大量數據才能奏效。XUE 1目前仍是一個研究較少的目標，有限的數據使其原行星盤難以完善模型。

模型生成了合成光譜，并與實際觀測數據進行了對比。通過將模擬結果與觀測結果進行匹配，研究人員推斷出了盤的重要特性，包括其溫度、密度和化學組成。

分析結果揭示出一個緊湊、被截斷的原行星盤，強烈的紫外輻射顯著改變了其中氣體的溫度及其化學反應過程。其中一個最引人注目的發現是，即使在如此惡劣的環境中，仍然檢測到了水的存在——而水是像地球一樣的宜居行星的關鍵成分之一（譯者注：原文中提到強烈的紫外輻射可以通過提高外盤的溫度而提高氣態水的含量，因此強紫外輻射不一定意味著氣態水會很少）。

更重要的是，模型還顯示，盤的內部區域——也就是可能形成巖石類宜居行星的區域——似乎受到了外部紫外輻射的屏蔽。

“我們的模型顯示，盤的最內部區域，也就是類地行星可能形成的地方，似乎沒有受到強紫外輻射的影響，”波蒂利亞·雷韋洛說。

“在進行觀測之前，科學家們對光譜的預期與現在觀測到的樣子是完全不同的，”他補充道。“我們的建模解釋了為什么JWST觀測到的光譜會是這個樣子。雖然來自鄰近恒星的紫外光對原行星盤外部區域——即可能形成類木行星的地方——影響很大，但它對內部區域的直接影響卻非常小，而這些內部區域正是JWST探測到的光源所在。”

這一發現表明，行星的形成比人們之前認為的更具韌性，從而擴大了可能孕育生命的世界所能存在的環境范圍，也為我們揭示了銀河系中多樣恒星誕生地的珍貴一瞥。

“通過研究更多此類區域，尤其是那些暴露在來自大質量恒星強烈紫外光照下的區域，我們可以更好地理解這種極端環境如何影響各種質量與大小恒星周圍的行星盤，”蓋特曼說。

責任編輯：楊伯順

牧夫新媒體編輯部

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ALMA觀測到的原行星盤HL Tauri

圖片來源：ALMA

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