导读 行星形成于称为原行星盘的尘埃和气体盘中，在其最终组装过程中围绕中心原恒星旋转。尽管已经对数十个这样的圆盘进行了成像，但迄今为止只有...

行星形成于称为原行星盘的尘埃和气体盘中，在其最终组装过程中围绕中心原恒星旋转。尽管已经对数十个这样的圆盘进行了成像，但迄今为止只有两颗行星处于形成过程中。现在，天文学家正将詹姆斯·韦伯太空望远镜上的强大仪器瞄准原行星盘，试图找到有关行星形成方式以及这些行星如何影响其诞生盘的早期线索。

由密歇根大学、亚利桑那大学和维多利亚大学领导的三项研究将JWST的图像与哈勃太空望远镜和智利阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)先前的观测结果结合起来。根据辅助观测，该团队使用JWST观测原行星盘HLTau、SAO206462和MWC758，希望探测到任何可能正在形成的行星。

在《天文学杂志》上发表的论文中，研究人员将行星形成盘与原行星盘中心年轻恒星周围的气体和尘埃包层之间以前未见的相互作用拼凑在一起。

去捕捉一颗行星

密歇根大学天文学家GabrieleCugno领导的这项研究将JWST瞄准了一颗名为SAO206462的原恒星周围的圆盘。在那里，研究人员可能发现了一颗正在原行星盘中形成的候选行星，但这并不是他们想要的行星。预计会找到。

“几次模拟表明，这颗行星应该在圆盘内，质量大、温度高、而且明亮。但我们没有找到它。这意味着要么这颗行星比我们想象的要冷得多，要么它可能被某些物质遮蔽了。”阻止我们看到它的材料，”库格诺说，他也是这三篇论文的合著者。“我们发现的是一颗不同的候选行星，但我们无法百分百确定它是一颗行星还是一颗微弱的背景恒星或星系污染了我们的图像。未来的观测将帮助我们准确地了解我们所看到的东西。”

天文学家过去曾观测过这个圆盘，特别是使用哈勃太空望远镜、斯巴鲁望远镜、甚大望远镜和阿尔玛望远镜。这些观测结果显示，圆盘由两个强大的螺旋组成，很可能是由正在形成的行星发射的。密歇根大学团队期望找到的行星是一种称为气态巨行星的行星，主要由氢和氦组成，类似于我们太阳系中的木星。

“问题是，我们试图探测的任何东西都比恒星暗数十万甚至数百万倍，”库格诺说。“这就像试图检测灯塔旁边的小灯泡一样。”

为了更仔细地观察磁盘，该团队在JWST上使用了一种名为NIRCam的仪器。NIRCam检测红外光，天文学家使用该仪器采用了一种称为角度差分成像的技术。该技术可用于检测行星的热辐射(正如该团队为检测候选行星所做的那样)，以及与落到行星上并高速撞击其表面的物质相关的特定发射线。

“当物质落到地球上时，它会在表面产生冲击并发出特定波长的发射线，”库尼奥说。“我们使用一组窄带滤光片来尝试检测这种吸积物。以前已经在地面上以光学波长进行过这种实验，但这是首次使用JWST在红外线中进行这种实验。”

这幅艺术家的印象展示了一颗气态巨行星的形成过程，该行星嵌入在一颗年轻恒星周围的尘埃环中的尘埃和气体盘中。密歇根大学天文学家加布里埃尔·库尼奥(GabrieleCugno)领导的一项研究将詹姆斯·韦伯太空望远镜瞄准了一颗名为SAO206462的原恒星周围的原行星盘，希望能找到一颗正在形成的气态巨行星。图片来源：ESO/L。卡尔卡达

想象行星的“原材料”

由天文学学生卡姆林·穆林(CamrynMullin)领导的维多利亚大学论文描述了围绕年轻恒星HLTau的圆盘图像。

所有三项研究的合著者穆林说：“HLTau是我们调查中最年轻的系统，仍然被大量落入盘上的尘埃和气体所包围。”“我们对通过JWST看到周围物质的细节程度感到惊讶，但不幸的是，它掩盖了来自潜在行星的任何信号。”

HLTau的圆盘因具有多个太阳系规模的环和间隙而闻名，这些环和间隙可以容纳行星。

“虽然有大量证据表明行星正在形成，但HLTau还太年轻，有太多的尘埃干扰，无法直接看到行星，”寻找形成行星的观测活动首席研究员、该大学的天文学家贾伦·莱森林(JarronLeisenring)说亚利桑那州斯图尔特天文台。“我们已经开始研究其他拥有已知行星的年轻系统，以帮助形成更完整的画面。”

然而，令团队惊讶的是，JWST揭示了一个不同特征的意想不到的细节：原恒星包层，根据莱森林的说法，它本质上是围绕着刚刚开始合并的年轻恒星的密集的尘埃和气体流入。在重力的影响下，来自星际介质的物质向内落到恒星和圆盘上，成为行星及其前身的原材料。

亚利桑那州的研究由亚利桑那州斯图尔特天文台的NASA哈勃/萨根研究员凯文·瓦格纳(KevinWagner)领导，检查了MWC758的原行星盘。与SAO206462类似，亚利桑那州领导的团队之前的观测结果揭示了盘中形成的旋臂，暗示在一颗绕其主恒星运行的巨大行星上。

研究人员表示，虽然在最近的观测中没有在圆盘中检测到新的行星，但其敏感性是开创性的，因为它允许他们对可疑的行星施加迄今为止最严格的限制。其一，结果排除了MWC758外部区域存在其他行星的可能性，这与驱动旋臂的单个巨行星一致。

所有这三项研究的合著者瓦格纳说：“在所有三个系统中都没有检测到行星，这告诉我们，造成间隙和旋臂的行星要么离它们的主恒星太近，要么太暗而无法用JWST观测到。”。“如果后者是真的，它告诉我们它们的质量相对较低、温度较低、笼罩在灰尘中，或者是三者的某种组合——就像MWC758中的情况一样。”

寻找形成行星的工作仍在继续

捕捉正在形成的行星非常重要，因为天文学家不仅可以收集有关形成过程的信息，还可以收集有关化学元素如何在整个行星系统中分布的信息。

“只有大约15%的像太阳这样的恒星拥有像木星这样的行星。了解它们如何形成和演化，并完善我们的理论非常重要，”密歇根大学天文学家、这三项研究的合著者迈克尔·迈耶(MichaelMeyer)说。“一些天文学家认为，这些气态巨行星调节着向盘内部形成的岩石行星输送水的过程。”

迈耶说，了解这些气态巨行星如何形成圆盘将有助于天文学家最终了解原行星盘的特性和演化，这些原行星盘后来形成了岩石状的类地行星。

Cugno说：“基本上，在我们以足够高的分辨率和灵敏度观察到的每个圆盘中，我们都看到了间隙、环等大型结构，在SAO206462中，还看到了螺旋结构。”“大多数(如果不是全部)这些结构都可以通过形成与盘材料相互作用的行星来解释，但也存在不涉及巨行星存在的其他解释。

“如果我们最终能够看到这些行星，我们就可以将一些结构与形成的伴星联系起来，并将形成过程与其他系统在更晚阶段的特性联系起来。我们最终可以将这些点连接起来，了解行星和行星系统是如何演化的整个。”