紫外辐射何足惧，行星初生不迟疑

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翻译：王婧彧

校对：申振宇 杨宜修

审阅：李宜骅

美编：张荣娜

后台：胡永崴

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

詹姆斯·韦布空间望远镜深入银河系观测系外行星

图片来源：NASA/Adriana Manrique Gutierrez

借助詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），天文学家深入观察了银河系中一个辐射最强烈的恒星形成区域，发现即使在这种极端恶劣的环境中，类似地球的宜居行星仍然可能形成。

研究人员表示，这项观测扩大了宜居世界可能形成的环境范围。此前，天文学家普遍认为，这种严苛的环境不利于行星的形成。宾夕法尼亚州立大学天文学与天体物理学系的研究教授、该研究新论文的合著者康斯坦丁·盖特曼（Konstantin Getman）表示：“紫外线辐射长期以来被认为会对围绕较小恒星形成的行星产生严重威胁。”

然而，近期的研究结果表明，即使在这种强烈紫外辐射的条件下，原行星盘——也就是行星诞生的气体和尘埃旋转环——依然可以存活并继续演化。

“我们无法回到过去研究我们今天观察到的系外行星是如何形成的，”该研究的合著者、德国海德堡马普天文研究所的天文学家玛丽亚·克劳迪娅·拉米雷斯-塔努斯（María Claudia Ramírez-Tannus）表示。“相反，我们需要寻找它们的年轻伙伴，也就是在强烈紫外辐射极端环境中的行星形成盘。”

这项研究是对2023年一项研究的延续，该研究提出即使在如此严苛的环境中，类似地球的宜居行星也能形成。此次新研究中，国际团队聚焦于“XUE 1”——一个围绕年轻恒星的原行星盘，以研究其尺寸、质量、温度和化学成分。

XUE 1所处的紫外辐射环境远比我们的太阳系所经历的任何辐射都要强烈。“事实上，如果XUE 1被放置在我们太阳的位置，它每秒接收到的紫外能量将是现在的十万分之一，”该研究的第一作者、宾夕法尼亚州立大学天文学与天体物理学系博士后巴伊龙·波蒂利亚·雷韦洛（Bayron Portilla Revelo）表示。

艺术家绘制的系外行星及其恶劣大气的想象图

图片来源：David A. Aguilar (CfA)

“一种完全不同的设想”

JWST是这项新发现的关键。该望远镜彻底革新了对受辐射原行星盘的研究，具备了从几千光年外观察它们所需的灵敏度和分辨率。“JWST是唯一能观测遥远区域中相对微弱行星盘的仪器”，拉米雷斯-塔努斯表示。

研究团队利用JWST的中红外仪器（MIRI），该仪器以中红外波段观测宇宙。他们使用了2023年收集的观测数据，并补充了可见光与红外天文巡天望远镜、哈勃太空望远镜以及斯皮策太空望远镜的其他数据。

这些数据使团队得以观测一个距离我们5500光年的原行星盘的辐射。为了解释这些观测结果，研究人员首次构建了一个由JWST/MIRI及档案数据驱动的热化学计算模型，用以模拟XUE 1原行星盘中光、热和化学反应的相互作用。

热化学模型在研究行星形成盘方面具有巨大优势，因为它们可以帮助天文学家深入探索可用于行星形成的物质数量等细节。“这对理解像我们太阳系这样的行星系统是如何形成的至关重要，”波蒂利亚·雷韦洛说。

但与此同时，热化学模型的计算量极大，且需要大量数据才能奏效。XUE 1目前仍是一个研究较少的目标，有限的数据使其原行星盘难以完善模型。

模型生成了合成光谱，并与实际观测数据进行了对比。通过将模拟结果与观测结果进行匹配，研究人员推断出了盘的重要特性，包括其温度、密度和化学组成。

分析结果揭示出一个紧凑、被截断的原行星盘，强烈的紫外辐射显著改变了其中气体的温度及其化学反应过程。其中一个最引人注目的发现是，即使在如此恶劣的环境中，仍然检测到了水的存在——而水是像地球一样的宜居行星的关键成分之一（译者注：原文中提到强烈的紫外辐射可以通过提高外盘的温度而提高气态水的含量，因此强紫外辐射不一定意味着气态水会很少）。

更重要的是，模型还显示，盘的内部区域——也就是可能形成岩石类宜居行星的区域——似乎受到了外部紫外辐射的屏蔽。

“我们的模型显示，盘的最内部区域，也就是类地行星可能形成的地方，似乎没有受到强紫外辐射的影响，”波蒂利亚·雷韦洛说。

“在进行观测之前，科学家们对光谱的预期与现在观测到的样子是完全不同的，”他补充道。“我们的建模解释了为什么JWST观测到的光谱会是这个样子。虽然来自邻近恒星的紫外光对原行星盘外部区域——即可能形成类木行星的地方——影响很大，但它对内部区域的直接影响却非常小，而这些内部区域正是JWST探测到的光源所在。”

这一发现表明，行星的形成比人们之前认为的更具韧性，从而扩大了可能孕育生命的世界所能存在的环境范围，也为我们揭示了银河系中多样恒星诞生地的珍贵一瞥。

“通过研究更多此类区域，尤其是那些暴露在来自大质量恒星强烈紫外光照下的区域，我们可以更好地理解这种极端环境如何影响各种质量与大小恒星周围的行星盘，”盖特曼说。

责任编辑：杨伯顺

牧夫新媒体编辑部

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ALMA观测到的原行星盘HL Tauri

图片来源：ALMA

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