美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜提供的证据支持了这样一种理论，即冰冷的鹅卵石从原行星盘较冷的部分向内漂移形成行星，这一过程现在被对水蒸气转变的观察所证实。
行星是如何诞生的?科学家们早就提出，被冰覆盖的鹅卵石是行星形成的种子。这些冰冷的固体被认为是从围绕着它的圆盘的寒冷的外围飘向新生恒星的。该理论预测，当这些鹅卵石进入更靠近恒星的温暖区域时，它们会释放出大量的冷水蒸汽，为新生的行星提供水和固体。
现在，詹姆斯·韦伯太空望远镜见证了这一过程，揭示了这一现象内盘的水蒸气和外盘的冰卵石之间的联系。这一发现为研究岩石行星的形成开辟了令人兴奋的新前景。
这幅艺术家的概念图比较了新生的类太阳恒星周围两种典型的行星形成盘。左边是一个压缩磁盘，右边是一个带间隙的扩展磁盘。科学家们最近使用韦伯望远镜研究了四个原行星盘——两个紧凑的，两个扩展的。研究人员设计了他们的观察结果，以测试紧凑的行星形成盘的内部区域是否比有间隙的扩展行星形成盘有更多的水。如果致密盘中被冰覆盖的鹅卵石更有效地漂移到离恒星更近的区域，并向刚刚形成的多岩石内行星输送大量固体和水，这种情况就会发生。来源:NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
科学家们使用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜在揭示行星是如何形成方面取得了突破性的发现。通过观察原行星盘上的水蒸气，韦伯证实了一个物理过程，即被冰覆盖的固体从原行星盘的外部区域漂流到岩石行星区。
长期以来，理论一直认为，在原行星盘寒冷的外部区域形成的冰卵石——也就是彗星在太阳系中起源的区域——应该是行星形成的基本种子。这些理论的主要要求是，由于气态圆盘的摩擦，鹅卵石应该向恒星内部漂移，将固体和水带到行星上。
有限公司理论预测的确认
这一理论的一个基本预测是，当结冰的鹅卵石进入“雪线”内的温暖地区时——在那里冰转变为蒸汽——它们应该释放出大量的冷水蒸汽。这正是韦伯所观察到的。
来自德克萨斯州圣马科斯的德克萨斯州立大学的首席研究员安德里亚·班扎蒂说:“韦伯最终揭示了内盘的水蒸气和外盘上冰卵石的漂移之间的联系。”“这一发现为用韦伯研究岩石行星的形成开辟了令人兴奋的前景!”
这张图比较了GK Tau盘中温水和冷水的光谱数据，GK Tau盘是一个没有环的紧凑盘，而扩展CI Tau盘，在不同的轨道上至少有三个环。科学小组利用MIRI的中分辨率光谱仪(MRS)前所未有的分辨率，将光谱分成单独的线，探测不同温度下的水。这些光谱，在顶部的图表中，清楚地显示了紧凑的GK Tau盘中多余的冷水，与大的CI Tau盘中相比。底部的图表显示了压缩GK Tau盘中多余的冷水数据减去扩展CI Tau盘中的冷水数据。用紫色表示的实际数据覆盖在冷水的模型光谱上。注意它们排列的紧密程度。来源:NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)， Andrea Banzatti(德克萨斯州立大学)
纽约州波基普西瓦萨学院的研究小组成员科莱特·萨利克解释说:“过去，我们对行星形成的看法是非常静态的，几乎就像这些孤立的区域是行星形成的地方。”“现在我们实际上有证据表明这些区域可以相互作用。这也可能发生在我们的太阳系中。”
利用韦伯的力量
研究人员使用韦伯的中红外仪器(MIRI)研究了四个围绕类太阳恒星的圆盘——两个紧凑的，两个扩展的。据估计，这四颗恒星的年龄都在200万年到300万年之间，在宇宙时间里只是新生儿。
预计这两个光盘将经历有效的鹅卵石漂移，将鹅卵石运送到相当于海王星轨道的距离内。相比之下，延伸的圆盘上的鹅卵石被保留在多个环中，最远可达海王星轨道的6倍。
这张图是对韦伯的中红外仪器MIRI数据的解释，该仪器对圆盘中的水蒸气很敏感。它显示了紧凑磁盘中卵石漂移和含水量与带有环和间隙的扩展磁盘之间的差异。在左边的紧凑型圆盘中，当被冰覆盖的鹅卵石向内漂向更靠近恒星的温暖区域时，它们是畅通无阻的。当它们越过雪线时，它们的冰变成了蒸汽，并提供了大量的水来丰富刚刚形成的岩石内行星。右边是一个带环和间隙的延伸圆盘。当被冰覆盖的鹅卵石开始向内移动时，许多被裂缝阻挡并被困在环中。很少有冰冷的鹅卵石能够越过雪线，将水输送到圆盘的内部区域。来源:NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
韦伯望远镜的观测目的是确定致密盘在其内部岩石行星区域是否有更高的水丰度，如果鹅卵石漂移更有效，并向内行星输送大量固体质量和水，就像预期的那样。研究小组选择使用MIRI的MRS(中分辨率光谱仪)，因为它对圆盘中的水蒸气很敏感。
结果证实了人们的预期，即与大磁盘相比，小磁盘中存在多余的冷水。
随着鹅卵石的漂移，每当它们遇到压力碰撞——压力增加——它们就会聚集在那里。这些压力陷阱不一定能阻止卵石漂移，但它们确实能阻止它。这似乎是在有环和间隙的大圆盘上发生的事情。
目前的研究表明，较大的行星可能会造成压力增加的环，而鹅卵石往往会在那里聚集。这也可能是木星在我们太阳系中的作用——阻止鹅卵石和水输送到我们小的、内部的、相对缺水的岩石行星上。
用韦伯的数据解开谜团
当数据第一次出现时，结果让研究小组感到困惑。班扎蒂回忆说:“两个月来，我们一直被这些初步结果所困扰，这些结果告诉我们，小圆盘上的水更冷，而大圆盘上的水总体上更热。”“这说不通，因为我们选择的是温度非常相似的恒星样本。”
只有当Banzatti把来自小圆盘的数据叠加到大圆盘的数据上时，答案才清晰地浮现出来:小圆盘在雪线内部有额外的冷水，距离海王星轨道大约10倍。
班扎蒂说:“现在我们终于明确地看到，是较冷的水过量了。”“这是前所未有的，完全归功于韦伯更高的分辨率!”
该团队的研究结果发表在11月8日的《天体物理学杂志通讯》上。
参考:《JWST揭示了雪线附近的多余的冷却水，与Pebble Drift一致》，作者:Andrea Banzatti、Klaus M. Pontoppidan、John S. Carr、Evan Jellison、Ilaria Pascucci、Joan R. Najita、Carlos E. Mu?oz-Romero、Karin I. ?berg、Anusha Kalyaan、Paola Pinilla、Sebastiaan Krijt、Feng Long、Michael Lambrechts、Giovanni Rosotti、Gregory J. Herczeg、Colette Salyk、Ke Zhang、Edwin A. Bergin、Nicholas P. Ballering、Michael R. Meyer和Simon Bruderer, 2023年11月8日。天体物理学杂志通讯。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / acf5ec
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，放眼其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是一个国际化的人美国国家航空航天局(NASA)及其合作伙伴欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(Canadian Space Agency)共同领导了这一项目。
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希望本篇文章《韦伯的宇宙诞生之窗：冰卵石漂移激发行星生命》能对你有所帮助！
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