詹姆斯·韦伯太空望远镜跟随霓虹灯走向行星形成的新思维 _美国

据美国宇航局韦伯望远镜小组：科学家们正在追踪霓虹灯，寻找一个行星系统的未来和另一个行星系统——我们的太阳系——的过去的线索。继美国国家航空航天局以前的红外旗舰天文台(现已退役的斯皮策太空望远镜)的一个特殊读数之后，该机构的詹姆斯·韦伯太空望远镜在年轻的类太阳恒星SZ Chamaelontis (SZ Cha)周围的尘埃盘中检测到了氖元素的明显痕迹。
图片:SZ Chamaeleontis原行星盘(艺术家概念)

在这个艺术家的概念中，年轻的恒星SZ Chamaeleontis (SZ Cha)被一个具有形成行星系统潜力的尘埃和气体圆盘所包围。在行星、卫星和小行星形成之前，我们的太阳系曾经看起来像这样。原始成分，包括地球上的生命，存在于太阳的原行星盘中。SZ Cha发出多种波长的辐射，蒸发着圆盘。在物质盘完全蒸发之前，行星正在与时间赛跑形成。美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜观察到了圆盘中的典型情况——它主要受到X射线的轰击。然而，当美国国家航空航天局的斯皮策太空望远镜在2008年观察这个圆盘时，它看到了一个不同的场景，由极紫外(EUV)光主导，由圆盘中一种特定类型的氖的存在指示。这些差异是显著的，因为行星将有更多的时间从EUV主导的圆盘中形成。天文学家正在调查韦伯和斯皮策读数之间差异的原因，并认为这可能是由于强风的存在(或不存在)，当风活跃时，会吸收EUV，留下X射线撞击圆盘。图像：美国国家航空航天局、欧空局、加空局、Ralf Crawford (STScI)
斯皮策和韦伯之间氖读数的差异表明，到达圆盘的高能辐射发生了前所未有的变化，最终导致其蒸发，限制了行星形成的时间。
“我们是怎么到这里的？这真的回到了那个大问题，SZ Cha是同一类型的年轻恒星， T-Tauri星，就像我们的太阳在45亿年前太阳系诞生时一样，”马萨诸塞州波士顿大学的天文学家Catherine Espaillat说，他领导了2008年的Spitzer观测和新发表的Webb结果。“地球的原材料，以及最终的生命，存在于太阳形成后围绕太阳的物质盘中，因此研究这些其他年轻系统是我们能够回到过去看看我们自己的故事是如何开始的。”
科学家用氖作为指示器，来显示有多少和什么类型的辐射正在撞击和侵蚀恒星周围的圆盘。当斯皮策在2008年观测SZ Cha时，它看到了一个异常值，其氖读数不同于任何其他年轻的T-Tauri圆盘。不同之处在于检测到了氖III，这种物质在被高能X射线撞击的原行星盘中通常很少见。这意味着SZ Cha盘中的高能辐射来自紫外线，而不是X射线。除了是50-60个年轻恒星盘样本中唯一的古怪结果之外，紫外线与X射线的差异对恒星盘及其潜在行星的寿命也很重要。
图片:原行星盘中的氖气

来自美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯和斯皮策太空望远镜的对比数据显示，围绕恒星SZ Cha(SZ Cha)的圆盘在短短15年内发生了变化。2008年，斯皮策探测到重要的氖III，使得SZ Cha在类似的年轻原行星盘中显得异常。然而，当Webb在2023年跟进SZ Cha时，氖II与III的比例在典型水平内。所有这些都很重要，因为原行星盘是未来行星系统的组成部分——这些潜在的行星正在与时间赛跑。天文学家使用氖作为主要辐射击中圆盘并导致其蒸发的指示器。当极紫外光占优势时，氖III较多。这是斯皮策在2008年观察到的不同寻常的情况。通常情况下，一个圆盘受X射线辐射支配，这使得圆盘蒸发得更快，留给行星形成的时间更少。研究人员认为，氖探测中的巨大差异是风的结果，当风存在时，会吸收紫外线并留下X射线来击打圆盘。他们将继续利用韦布来寻找其他圆盘条件变化的例子，努力更好地理解行星系统如何围绕类太阳恒星发展。图像：美国国家航空航天局、欧空局、加空局、Ralf Crawford (STScI)
“行星基本上是在与时间赛跑，在它蒸发之前在盘中形成，”研究小组的另一位天文学家，波士顿大学的Thanawuth Thanathibodee解释说。“在发展系统的计算机模型中，与蒸发主要由X射线引起的情况相比，极紫外辐射允许行星的形成多100万年。”
因此，当Espaillat的团队返回与Webb一起研究SZ Cha时，它已经是一个相当大的谜，只是发现了一个新的惊喜:不寻常的氖III信号几乎消失了，表明X射线辐射的典型优势。
研究小组认为，SZ Cha系统中氖信号的差异是可变风的结果，当存在时，会吸收紫外光，并留下X射线来击打圆盘。该小组说，在一个新形成的充满活力的恒星系统中，风是常见的，但在一个安静无风的时期捕捉到该系统是可能的，这正是斯皮策碰巧做到的。
“斯皮策和韦伯的数据都很出色，所以我们知道这一定是我们在SZ Cha系统中观察到的新东西——这是短短15年内条件的重大变化，”荷兰莱顿大学的合著者Ardjan Sturm补充道。
Espaillat的团队已经计划用Webb和其他望远镜对SZ Cha进行更多的观测，以揭开它的神秘面纱。“在多种波长的光，如X射线和可见光中研究SZ Cha和其他年轻系统，以发现我们发现的这种可变性的真实性质，这将是非常重要的，”波士顿大学的合著者Caeley Pittman说。“在许多年轻的行星系统中，由极端紫外线辐射主导的短暂宁静期可能很常见，但我们只是未能捕捉到它们。”
“宇宙再次向我们表明，它的方法没有一个像我们希望的那样简单。我们需要重新思考，重新观察，收集更多的信息。我们会跟着霓虹灯走，”Espaillat说。
这项研究已经被《天体物理学杂志快报》接受发表。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，观察其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和加拿大航天局领导的一项国际计划。