超级巨型系外行星如何形成？韦布空间望远镜找到线索

IT之家 4 月 16 日消息，天文学家利用詹姆斯・韦布空间望远镜（JWST），对一颗系外行星展开了观测研究，这颗行星有望帮助人类界定行星与恒星之间的界限。

据IT之家了解，这颗奇特的系外行星是天鹅座 29 b（29 Cygni b），一颗质量约为木星 15 倍的气态巨行星，距离地球 133 光年。

人们普遍认为，大多数行星是通过“自下而上”的方式形成的：岩石和冰块的微小团块不断聚合，逐渐长成一颗行星。然而，这种机制很难解释像天鹅座 29 b 这样大质量行星的形成。

这类巨行星被认为是通过“自上而下”的方式形成的 —— 在围绕新生恒星旋转的原行星盘中，致密的气体和尘埃区域直接坍缩而成。这与恒星自身的形成方式相同，恒星便是由更大规模的星际气体和尘埃云中的致密区域形成。

如今，韦布望远镜已获得多方面证据，表明像天鹅座 29 b 这样的巨型行星，也有可能像较小的行星一样，通过自下而上的方式形成。

天鹅座 29 b 正处于两种形成机制的分界线上，其巨大质量看似符合自上而下的形成方式，但其宽阔的轨道 —— 与恒星的平均距离约为 15 亿英里（24 亿公里），与太阳系中天王星到太阳的距离相近，又暗示它可能是自下而上形成的。

研究团队利用韦布望远镜的近红外相机（NIRCam），直接拍摄到了天鹅座 29 b 的影像。该项目计划对四颗系外行星进行成像，这些行星的轨道都在距离恒星约 93 亿英里（150 亿公里）以内，质量介于木星的 1 到 15 倍之间。这些行星都相对年轻，形成时产生的热量仍未散去，温度在 530 至 1000 摄氏度（990 至 1830 华氏度）之间，这意味着它们的大气化学成分也应较为相似。

研究人员探测了被二氧化碳和一氧化碳吸收的光线，从而测量出天鹅座 29 b 大气中比氦更重的元素（天文学家称之为“金属”）的含量。

结果显示，这颗系外行星的金属丰度约为地球的 150 倍，甚至远高于其母恒星。这表明，在形成过程中，这颗气态巨行星从其诞生的原行星盘中，大量吞噬了富含金属的物质团块。

团队还确定，天鹅座 29 b 的轨道平面与母恒星的自转方向一致，这进一步证明它确实是在原行星盘内形成的。

随着该项目继续对同类行星展开研究，未来将揭示其他巨型行星在形成时是否也同样“贪婪”地抓取了富金属物质。这最终有望帮助科学家解开银河系中质量最大的行星究竟是如何诞生的谜题：它们究竟是像恒星一样形成，还是像普通小行星一样形成。

该团队的研究成果已于 4 月 14 日发表在《天体物理学杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）上。

参考资料：

• https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae374a