天文学家借助年轻恒星周围的水蒸气揭开行星形成的“宇宙秘方”

天文学家借助年轻恒星周围的水蒸气揭开行星形成的“宇宙秘方” 天文观测的突破这些新发现得益于智利阿塔卡马沙漠中的望远镜群阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）。曼彻斯特大学的朱德瑞尔班克天体物理中心（Jodrell Bank Centre for Astrophysics）是英国ALMA区域中心节点（UK ARC）的所在地，该中心为使用ALMA的英国天文学家提供支持。曼彻斯特大学高级客座研究员 Anita Richards 博士曾是英国 ARC 的成员，她在验证"波段 5"接收器系统运行的小组中发挥了关键作用，该系统对于 ALMA 生成详细的水图像至关重要。理查兹博士说："直接测量行星形成过程中的水蒸气含量，让我们更进一步了解制造海洋世界有多容易有多少水是附着在凝结的岩石上，还是主要是后来添加到几乎完全形成的行星上的？这种观测需要最干燥的条件，只有利用智利的 ALMA 阵列才能进行如此详细的观测"。天文学家在一颗年轻恒星周围的圆盘中发现了水蒸气，而这正是行星可能正在形成的地方。在这张图片中，来自阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的新观测数据（ESO 是该阵列的合作伙伴）显示了水蒸气的蓝色色调。在年轻恒星所在的圆盘中心附近，环境温度更高，气体也更明亮。红色的环是 ALMA 之前的观测结果，显示了恒星周围尘埃的分布。资料来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S.Facchini et al.来自金牛座 HL 星系统的发现发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上的观测结果表明，在距离地球450光年的金牛座年轻的类太阳恒星HL Tauri的内盘中，水的数量至少是地球所有海洋的三倍。领导这项研究的意大利米兰大学天文学家斯特凡诺-法奇尼说："我从未想象过，我们能在行星可能形成的同一区域捕捉到水蒸气海洋的图像"。共同作者、意大利博洛尼亚大学天文学家莱昂纳多-特斯蒂补充说："在距离我们450光年的地方，我们不仅能探测到水蒸气，还能捕捉到详细的图像，并对水蒸气进行空间分辨，这确实非常了不起。"利用ALMA进行的这些观测可以在一千米的距离上显示出像头发丝一样细小的细节，使天文学家能够确定水在圆盘不同区域的分布情况。对行星形成的影响在金牛座 HL 星圆盘存在一个已知缺口的区域发现了大量的水一个行星可能正在形成的地方。在富含气体和尘埃的圆盘上，年轻的类行星天体在聚集物质并成长的过程中，会在圆盘上形成径向间隙。这表明，这些水蒸气可能会影响在这些区域形成的行星的化学成分。但是，用地面望远镜观测水并非易事，因为地球大气中大量的水蒸气会降低天文信号的质量。ALMA 由欧洲南方天文台（ESO）及其国际合作伙伴共同运营，位于海拔约 5000 米的高海拔地区，建在一个高而干燥的环境中，专门用于最大限度地减少这种退化，从而提供了卓越的观测条件。迄今为止，ALMA 是唯一能够绘制冷行星形成圆盘中水分布图的设施。构成圆盘的尘粒是行星形成的种子，它们相互碰撞并聚集成越来越大的天体，围绕恒星运行。天文学家认为，在足够冷的地方，水会冻结在尘粒上，尘粒会更有效地粘在一起这是行星形成的理想场所。英国天文学研究中心（UK ARC）的成员正在为 ALMA 的重大升级做出贡献，ALMA 与欧洲南方天文台（ESO）的超大望远镜（ELT）也将在十年内上线，这将为行星的形成以及水在其中扮演的角色提供更清晰的视角。特别是 METIS（中红外 ELT 成像仪和摄谱仪），它将为天文学家提供行星形成盘内部区域的无与伦比的视角，像地球这样的行星就是在这里形成的。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜在周边的行星系统中发现了水

韦伯望远镜在周边的行星系统中发现了水 天文学家检测到附近一颗恒星附近有水蒸气旋转，这表明围绕它形成的行星有一天可能能够支持生命。 这个年轻的行星系统被称为 PDS 70，距离我们 370 光年。其中心的恒星大约有 540 万年的历史，温度比我们的太阳还要低。围绕它旋转的是两颗已知的气态巨行星，研究人员最近确定其中一颗 PDS 70b 可能与正在形成的第三颗“兄弟”行星共享其轨道。 两种不同的气体和尘埃盘（形成恒星和行星所需的成分）围绕着恒星。内盘和外盘之间的间隙长达 50 亿英里（80 亿公里）。气态巨行星位于间隙中，它们围绕恒星运行。 韦伯望远镜的中红外仪器检测到距离恒星不到 1 亿英里（1.6 亿公里）的内盘中水蒸气的特征。天文学家认为，如果 PDS 70 与我们的太阳系类似，那么内盘可能会形成与太阳系类似的小型岩石行星。 在我们的系统中，地球的轨道距太阳 9300 万英里（1.5 亿公里）。 上周在《自然》 杂志上发表了一项。

韦伯望远镜在极端恒星环境中发现生命的前身：水和简单的有机分子

韦伯望远镜在极端恒星环境中发现生命的前身：水和简单的有机分子 这些观测结果在同类观测中尚属首次在JWST之前，这种详细的观测是不可能实现的。这对于类地行星和宇宙中的生命来说都是一个好消息：可以形成这类行星的环境种类繁多。这些结果现已发表在《天体物理学杂志通讯》（Astrophysical Journal Letters）上。一颗年轻的太阳型恒星周围的气体和尘埃盘中发现了水和含碳分子，这颗恒星位于银河系中最极端的环境之一。这种圆盘是行星围绕新生恒星形成的地方。由马克斯-普朗克天文学研究所（MPIA）的玛丽亚-C-拉米雷斯-坦努斯（María C. Ramírez-Tannus）领导的天文学家小组利用詹姆斯-韦伯太空望远镜窥探了这个圆盘的内部区域。这个被天文学家称为"XUE-1"的圆盘暴露在附近高温大质量恒星的强烈紫外线辐射下。然而，即使在这样恶劣的环境中，观测结果还是检测到了水和简单的有机分子。拉米雷斯-坦努斯说："这一结果出乎意料，令人振奋！它表明，即使在银河系最恶劣的环境中，也存在着形成类地行星的有利条件和生命的要素。大质量恒星形成区的艺术家印象图，前景为行星形成盘 XUE-1。该区域被大质量恒星发出的紫外线所笼罩，左上角可见其中一颗恒星。圆盘附近的结构代表了研究人员在新观测中发现的分子和尘埃。图片来源：© Maria Cristina Fortuna ()大规模恒星形成区的空前细节新的观测结果在同类研究中尚属首次。以前对行星形成盘的详细观测仅限于附近没有大质量恒星的恒星形成区。大质量恒星形成区则完全不同：在那里，无数恒星在大致相同的时间形成，包括一些罕见但威力巨大的超大质量恒星。在宇宙恒星形成的"黄金时代"，即大约 100 亿年前，大部分恒星都是在这种大质量星团中形成的。总体而言，宇宙中一半以上的恒星包括我们的太阳都诞生于大质量恒星形成区，同时还有它们的行星。然而，人们对这种恶劣环境对星盘内部区域的影响却一无所知，而陆地行星有望在这些区域形成。大质量恒星非常明亮，会发出大量高能紫外线辐射。它们的存在会对其附近造成相当大的干扰。这种干扰是否会经常干扰类似太阳的恒星周围像地球这样的行星的形成，这还是一个未决问题这将使类似地球的行星在这种大质量恒星簇中处于边缘地位，并非不可能形成，但非常罕见。有一些似是而非的论点认为情况可能如此。例如，来自大质量恒星的紫外线辐射分散了外盘部分的气体，从而抑制了尘埃粒子的生长和向内漂移，而尘埃粒子正是类地行星（以及木星或土星等巨型行星的核心）的组成部分。这很可能不利于类地行星的形成。迄今为止，观测结果都无助于回答这个问题。在当今宇宙中，大质量恒星形成区非常罕见，即使是最近的恒星形成区也离得很远。直到最近，还没有办法观测到类似太阳恒星周围的小型星盘的任何细节。为数不多的行星形成盘距离很近，可以进行详细观测，但它们都位于安静的环境中，没有来自大质量恒星的强烈紫外线辐射，因此对回答这个问题毫无用处。XUE 合作项目（"极端紫外线环境"的缩写）的徽标显示的是 Muisca 文化中的太阳神 Xué。穆伊斯卡人是生活在拉米雷斯-坦努斯的家乡哥伦比亚中部的原住民。徽标取材于波哥大附近发现的岩石艺术。图片来源：© XUE 合作利用 JWST 探测内盘这种情况随着 JWST 的出现而改变。当这台望远镜可以用于科学观测时，拉米雷斯-坦努斯和 XUE（极紫外环境）合作小组成功申请观测 NGC 6357。这里距离地球 5500 光年，是距离最近的大质量恒星形成区之一。它也是最有希望回答内盘问题的观测目标：NGC 6357包含十多颗高亮度大质量恒星，确保该区域可见的一些行星形成盘在其存在的大部分时间里都暴露在强烈的紫外线辐射下。多样性是一个重要因素：该区域包含各种类型的盘，其中一些受到的辐射较多，另一些则较少。来自斯德哥尔摩大学的阿尔扬-比克（Arjan Bik）说："如果强烈辐射阻碍了原行星盘内部区域行星形成的条件，那么NGC 6357就是我们应该看到这种影响的地方。"天文学家们进行的观测记录了光谱：对光线进行彩虹般的分解，从而估算出观测区域中存在的特定分子。令他们惊讶的是，拉米雷斯-坦努斯和她的同事们发现，就关键分子的存在（和性质）而言，NGC 6357 中至少有一个内盘（即 XUE-1）与低质量恒星形成区中的同类物质并无本质区别。韦伯天文台是未来十年中最重要的天文台，为全世界成千上万的天文学家服务。它研究我们宇宙历史的每一个阶段。资料来源：美国国家航空航天局严酷环境中的硅酸盐、水和其他分子拉米雷斯-坦努斯说："我们在XUE-1的最内层区域发现了大量的水、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢和乙炔。这为了解所产生的陆地行星最初大气层的可能组成提供了宝贵的线索"。研究人员还发现了硅酸盐尘埃，其数量与低质量恒星形成区域中的硅酸盐尘埃数量相似。这是在这种极端条件下首次检测到此类分子。对于类地行星和宇宙生命来说，这些观测结果是个好消息：显然，位于一些最恶劣恒星形成环境中的类太阳恒星周围的原行星盘内部区域，与低质量恒星一样能够形成类似地球的岩石行星。它们甚至提供了丰富的水，这是我们所知的生命的必要成分。至于这是否意味着在这种环境中诞生了大量的类地行星，研究人员并不能通过观察单个圆盘来判断。XUE合作小组正在进一步开展观测：JWST将对NGC 6357不同部分的另外14个圆盘进行勘测，这将大大有助于解决这一重要问题。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜发现年轻恒星ISO-ChaI 147周围的神秘碳宝库

韦伯望远镜发现年轻恒星ISO-ChaI 147周围的神秘碳宝库 这是一颗年轻恒星被气体和尘埃盘包围的艺术印象图。一个国际天文学家小组利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜研究了一颗被称为 ISO-ChaI 147 的年轻、质量极低的恒星周围的星盘。研究结果揭示了迄今为止在原行星盘中看到的最丰富的碳氢化合物化学成分。资料来源：NASA/JPL-Caltech一个国际天文学家小组利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）研究了一颗年轻的低质量恒星周围的气体和尘埃盘。研究结果揭示了迄今为止在这样一个盘中观测到的最大量的含碳分子。这些发现对这颗恒星周围可能形成的任何行星的潜在成分都有影响。对行星形成的影响岩质行星比气态巨行星更有可能在低质量恒星周围形成，因此它们是银河系中最常见恒星周围最常见的行星。人们对这类行星的化学性质知之甚少，它们可能与地球相似，也可能与地球大相径庭。天文学家希望通过研究形成这类行星的星盘，更好地了解行星的形成过程和由此产生的行星的成分。低质量恒星周围的行星形成盘很难研究，因为它们比高质恒星周围的盘更小更暗。一项名为"MIRI（中红外仪器）中红外盘巡天"（MINDS）的计划旨在利用韦伯望远镜的独特功能，在盘的化学物质清单和系外行星的特性之间架起一座桥梁。第一作者、荷兰格罗宁根大学的 Aditya Arabhavi 解释说："与以前的红外空间望远镜相比，韦伯望远镜具有更好的灵敏度和光谱分辨率。这些观测在地球上是不可能实现的，因为来自圆盘的辐射被我们的大气层阻挡了。"美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯-韦伯太空望远镜的中红外成像仪（MIRI）所揭示的ISO-ChaI 147恒星的光谱显示了迄今为止在原行星盘中所看到的最丰富的碳氢化合物化学成分，其中包括13种含碳分子。其中包括首次在太阳系外探测到的乙烷（C2H6）。研究小组还首次在原行星盘中成功探测到乙烯（C2H4）、丙炔（C3H4）和甲基自由基CH3。资料来源：NASA、ESA、CSA、R. Crawford（STScI）系外行星化学的突破性发现在一项新的研究中，该研究小组探索了一颗被称为 ISO-ChaI 147 的超低质量恒星周围的区域，这是一颗具有 100 万到 200 万年历史的恒星，其重量仅为太阳的 0.11 倍。韦伯的近红外成像仪揭示的光谱显示了迄今为止在原行星盘中看到的最丰富的碳氢化合物化学成分共有13种不同的含碳分子。研究小组的发现包括首次在太阳系外探测到乙烷（C2H6），以及乙烯（C2H4）、丙炔（C3H4）和甲基自由基CH3。Arabhavi补充说："这些分子已经在太阳系中被探测到，比如在67P/Churyumov-Gerasimenko和C/2014 Q2（Lovejoy）等彗星中。韦伯望远镜让我们了解到，这些碳氢化合物分子不仅种类繁多，而且数量巨大。我们现在可以看到这些分子在行星摇篮中的舞动，这真是令人惊叹。这与我们通常想象的行星形成环境截然不同。"研究小组指出，这些结果对内盘的化学性质以及可能在那里形成的行星具有重大影响。由于韦伯望远镜揭示的内盘气体富含碳元素，因此行星可能形成的固体物质中的碳元素所剩无几。因此，可能在那里形成的行星最终可能是贫碳的。(地球本身就被认为是贫碳的）。同样来自格罗宁根大学的团队成员英格-坎普（Inga Kamp）补充说："这与我们在太阳型恒星周围的星盘中看到的成分大相径庭，在太阳型恒星周围的星盘中，水和二氧化碳等含氧分子占主导地位。"这个天体证明，这是一类独特的天体。"团队成员、法国国家科学研究中心的 Agnés Perrin 补充说："我们能在 600 多光年外的天体中探测到我们在地球上熟知的分子（如苯）的数量并对其进行量化，这真是不可思议。"未来研究方向下一步，科学团队打算将他们的研究扩展到更大样本的极低质量恒星周围的此类星盘，以加深他们对此类富碳陆地行星形成区域的常见性或奇特性的理解。研究小组成员、MINDS 计划首席研究员、德国马克斯-普朗克天文研究所的托马斯-亨宁解释说："扩大研究范围还能让我们更好地了解这些分子是如何形成的。韦伯数据中的一些特征也仍未确定，因此需要更多的光谱分析来全面解释我们的观测结果"。这项工作还凸显了科学家跨学科合作的重要必要性。研究小组指出，这些结果和附带数据有助于其他领域（包括理论物理、化学和天体化学）解释光谱，并研究这一波长范围内的新特征。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员在类星体宿主星系中发现了恒星形成受抑制的证据

研究人员在类星体宿主星系中发现了恒星形成受抑制的证据 类星体研究取得突破由北海道大学的德拉甘-萨拉克（Dragan Salak）助理教授、筑波大学的桥本拓也（Takuya Hashimoto）助理教授和早稻田大学的井上明夫（Akio Inoue）教授领导的研究小组首次发现了宇宙早期类星体宿主星系中的分子气体外流抑制恒星形成的证据。他们利用智利阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）进行的观测结果发表在《天体物理学报》上。从类星体 J2054-0005 喷出的分子气体的艺术印象。资料来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)分子气体在星系中的作用分子气体对恒星的形成至关重要。作为恒星形成的主要燃料，星系内无处不在的高浓度分子气体会导致大量恒星的形成。分子外流将这些气体喷射到星系际空间的速度快于恒星形成所消耗的速度，从而有效地抑制了类星体所在星系中恒星的形成。萨拉克解释说："理论研究表明，分子气体外流从早期就在星系的形成和演化过程中发挥着重要作用，因为它们可以调节恒星的形成。类星体是能量特别高的来源，因此我们预计它们可能会产生强大的外流"。一组正在观测夜空的 ALMA 12 米天线。本研究使用 12 米天线进行观测。资料来源：ESO/Y.Beletsky发现分子气体外流研究人员观测到的类星体 J2054-0005 具有非常高的红移它和地球之间的移动速度显然非常快。桥本说："J2054-0005 是遥远宇宙中最亮的类星体之一，因此我们决定把这个天体作为研究强大外流的绝佳候选天体。研究人员利用 ALMA 观测了类星体的分子气体外流。作为世界上唯一具有探测早期宇宙中分子气体外流的灵敏度和频率覆盖范围的望远镜，ALMA 是这项研究的关键。"谈到研究中使用的方法，Salak 评论道："外流分子（OH）气体是通过吸收发现的。这意味着我们观测到的微波辐射并非直接来自OH分子；相反，我们观测到的辐射来自明亮的类星体吸收意味着OH分子恰好吸收了类星体的部分辐射。因此，这就像是通过看到气体在光源前投下的'影子'来揭示气体的存在"。类星体流出的分子气体包括羟基（OH）（上图）。由于分子气体向观测者方向运动，吸收光谱中的羟基峰（底部，蓝色虚线）出现在较短的波长上（蓝色实线），这种现象被称为多普勒效应。资料来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），修改自 Dragan Salak 等人，《天体物理学杂志》。2024 年 2 月 1 日对星系演化的影响这项研究的发现首次有力地证明了类星体宿主星系存在强大的分子气体外流，并对早期宇宙时代的星系演化产生影响。"分子气体是星系的重要组成部分，因为它是恒星形成的燃料，"Salak 总结道。"我们的研究结果表明，类星体能够通过将分子气体喷射到星系际空间来抑制其宿主星系中恒星的形成。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃发现小型系外行星GJ 9827d大气中存在的水蒸气

哈勃发现小型系外行星GJ 9827d大气中存在的水蒸气 当发现系外行星上有水蒸气的证据时，天文学家们都很感兴趣。最近的一个目标是行星 GJ 9827d，它周围可能有一个富含水的大气层。这颗行星的直径不超过地球直径的两倍，可能是银河系其他地方潜在的富水世界的一个例子。但先不要打算在GJ 9827d上购房。这颗行星和金星一样热，温度高达800华氏度。这使它成为一个充满蒸汽的世界。这是艺术家绘制的系外行星GJ 9827d的概念图，这是在大气层中探测到水蒸气的最小的系外行星。这颗行星可能是银河系其他地方潜在的富含水大气的行星的一个例子。这颗行星的直径只有地球的两倍，围绕红矮星GJ 9827运行。左侧是该星系的两颗内行星。图中的背景恒星是在没有辅助的情况下，用肉眼回望太阳时看到的。太阳太暗，无法看到。天文学家利用美国宇航局的哈勃太空望远镜观测到了大气中检测到水蒸气的最小系外行星。GJ 9827d行星的直径大约只有地球直径的两倍，它可能是银河系其他地方潜在的富含水大气的行星的一个例子。"这将是我们第一次通过大气探测直接表明，这些拥有丰富水大气的行星确实可以存在于其他恒星周围，"团队成员、蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所的比约恩-本内克（Björn Benneke）说。"这是朝着确定岩质行星大气的普遍性和多样性迈出的重要一步"。德国海德堡马克斯-普朗克天文研究所的联合首席研究员劳拉-克赖德伯格补充说："在一颗如此小的行星上发现水是一个具有里程碑意义的发现。它比以往任何时候都更接近真正类地世界的特征"。调查大气层不过，现在要判断哈勃光谱学测量到的是浮肿的富氢大气层中的少量水蒸气，还是这颗行星的大气层主要由水组成，是原始氢/氦大气层在恒星辐射下蒸发后留下的，还为时尚早。"我们的观测计划由堪萨斯州劳伦斯堪萨斯大学的首席研究员伊恩-克罗斯菲尔德（Ian Crossfield）领导，其设计目标不仅是探测这颗行星大气中的分子，而且是专门寻找水蒸气。"科学论文的第一作者、蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所的皮埃尔-亚历克西斯-罗伊（Pierre-Alexis Roy）说："无论哪种结果都会令人兴奋，无论水蒸气是占主导地位还是只是氢占主导地位的大气层中的一个微小物种。""直到现在，我们还无法直接探测到如此小行星的大气层。我们现在正慢慢进入这个阶段，"本内克补充说。"在我们研究更小的行星时，一定会有一个过渡，在这个过渡中，这些小星球上不再有氢，它们的大气层更像金星（以二氧化碳为主）"。因为这颗行星和金星一样热，温度高达 800 华氏度，如果大气层中主要是水蒸气，那么它肯定会是一个荒凉而充满蒸汽的世界。影响和未来研究目前，研究小组有两种可能性。一种情况是，这颗行星仍然保留着富含氢气的大气层，其中掺杂着水，使其成为一颗小型海王星。或者，它可能是木星卫星木卫二的温暖版本，木卫二地壳下的水量是地球的两倍。"GJ 9827d行星可能一半是水，一半是岩石。在一些较小的岩石体上面会有大量的水蒸气，"本内克说。如果这颗行星有残留的富含水的大气层，那么它一定是在距离其主恒星更远的地方形成的，那里的温度很低，水以冰的形式存在，而不是现在的位置。在这种情况下，行星会迁移到更靠近恒星的地方，接受更多的辐射。氢气被加热后逃逸，或者仍在逃逸行星微弱引力的过程中。另一种理论认为，这颗行星是在靠近炙热恒星的地方形成的，其大气层中含有微量的水。哈勃计划在 11 次凌日过程中对这颗行星进行了观测凌日是指行星从恒星前方穿过的过程，间隔时间为三年。在凌日过程中，星光经过行星大气层的过滤，带有水分子的光谱指纹。如果行星上有云层，它们在大气层中的位置足够低，因此不会完全遮挡哈勃对大气层的观测，哈勃能够探测到云层上方的水蒸气。位于加利福尼亚硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家托马斯-格林说："观测水是发现其他事物的一个途径。哈勃的这一发现为詹姆斯-韦伯太空望远镜未来研究这类行星打开了大门。JWST通过额外的红外观测可以看到更多的东西，包括一氧化碳、二氧化碳和甲烷等含碳分子。一旦我们获得了行星的全部元素清单，我们就可以将这些元素与它所环绕的恒星进行比较，从而了解它是如何形成的"。GJ 9827d是美国宇航局开普勒太空望远镜于2017年发现的。它每6.2天绕一颗红矮星运行一圈。这颗名为GJ 9827的恒星距离地球97光年，位于双鱼座。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：