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（JodrellBankCentreforAstrophysics）是英国ALMA区域中心节点（UKARC）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AnitaRichards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.Facchinietal.来自金牛座HL星系统的发现发表在《自然-天文学》（NatureAstronomy）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HLTauri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（UKARC）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423109.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423109.htm

NASA韦伯太空望远镜探测到岩石行星形成区的水蒸气

NASA韦伯太空望远镜探测到岩石行星形成区的水蒸气美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯-韦伯太空望远镜的中红外仪器（MIRI）收集到的新数据探测到了该系统内盘的水蒸气，距离恒星不到1亿英里（1.6亿公里）--这正是岩质陆地行星可能形成的区域。(值得注意的是，这是首次在一个已被证实拥有两颗或更多原行星的圆盘的陆地区域检测到水。"我们曾在其他星盘中看到过水，但没有在如此近距离和目前正在形成行星的系统中看到过水。在韦伯望远镜之前，我们无法进行这种测量，"第一作者、德国海德堡马克斯-普朗克天文学研究所（MPIA）的朱莉娅-佩罗蒂（GiuliaPerotti）说。"这一发现极其令人兴奋，因为它探测到了与地球类似的岩质行星通常形成的区域，"该论文的共同作者、马克斯-普朗克天文学研究所所长托马斯-亨宁补充说。亨宁是韦伯中红外探测器（MIRI）的联合首席研究员，该探测器进行了探测，他也是采集数据的MINDS（MIRI中红外盘巡天）计划的首席研究员。利用韦伯中红外光谱仪（MIRI）获得的PDS70的原行星盘光谱显示了许多水蒸气发射线。科学家们确定，水位于该系统的内盘，距离恒星不到1亿英里--该区域可能正在形成岩质的类地行星。资料来源：NASA、ESA、CSA、JosephOlmsted（STScI）PDS70是一颗K型恒星，比太阳温度低，估计年龄为540万年。就具有行星形成盘的恒星而言，这颗恒星的年龄相对较大，因此水蒸气的发现令人吃惊。随着时间的推移，行星形成盘中的气体和尘埃含量会逐渐减少。要么是中心恒星的辐射和风将这些物质吹走，要么是尘埃长成更大的物体，最终形成行星。由于之前的研究未能在类似老化的星盘中心区域探测到水，天文学家怀疑水可能无法在严酷的恒星辐射中存活，从而导致形成岩石行星的环境变得干燥。天文学家尚未在PDS70的内盘中探测到任何正在形成的行星。不过，他们确实看到了以硅酸盐形式存在的建造岩石世界的原材料。水蒸气的探测意味着，如果岩质行星正在那里形成，那么它们从一开始就有水可用。"我们发现了相对较多的小尘粒。结合我们对水蒸气的探测，内盘是一个非常令人兴奋的地方，"合著者、荷兰拉德布德大学的伦斯-沃特斯（RensWaters）说。这些水的起源于哪里？这一发现提出了水从何而来的问题。MINDS小组考虑了两种不同的情况来解释他们的发现。一种可能是，水分子是在氢原子和氧原子结合时在我们探测到的地方形成的。第二种可能是，包裹着冰的尘埃粒子正从低温的外盘被传送到高温的内盘，在那里水冰升华并变成水蒸气。这种运输系统将是令人惊讶的，因为尘埃必须穿过两颗巨行星所形成的巨大空隙。这一发现提出的另一个问题是，在恒星的紫外线照射下，任何水分子都会被击碎，那么水是如何在如此靠近恒星的地方存活下来的呢？最有可能的是，周围的物质如尘埃和其他水分子起到了保护作用。因此，在PDS70内盘探测到的水可以在被破坏后存活下来。最终，研究小组将使用韦伯望远镜的另外两台仪器--NIRCam（近红外照相机）和NIRSpec（近红外摄谱仪）来研究PDS70系统，以求获得更深入的了解。这些观测是第1282号保证时间观测计划的一部分。这一发现已发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372995.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372995.htm

詹姆斯·韦伯望远镜可能在岩质行星的大气层中探测到了水蒸气

詹姆斯·韦伯望远镜可能在岩质行星的大气层中探测到了水蒸气该望远镜强大的红外线眼睛可以分析遥远世界的大气成分，寻找有利于生命的特定元素或其他可能是生命存在的直接证据。水蒸气是可居住性的一个关键组成部分，虽然JWST以前在系外行星的大气层中检测到了水蒸气，但它只在类似木星的气态巨行星中检测到过，然而这些巨行星没有固体表面来（实际上）支持生命。但是现在，或许该望远镜已经在一颗类似地球的岩石系外行星的大气中探测到了水蒸气。这颗行星位于大约26光年之外，被称为GJ486b，是一颗超级地球，比我们的母星宽约30%，质量大三倍。但是在你收拾行李之前，值得注意的是，那里的重力会更强，它离它的主星如此之近，表面温度约为430℃（800°F），而且它被潮汐锁定，所以在那里居住，就必须在永久的白天或黑夜之间做出选择。适居性可能不在考虑之列，但是在GJ486b的大气层中探测到水蒸气仍然是一件大事。这不仅将是有史以来第一次直接探测到岩质系外行星周围的大气层，而且还将表明，这些非常热的世界尽管受到来自其宿主恒星的辐射的打击，但仍能保持其大气层，这本身就会对其他潜在的宜居行星产生重大影响。JWST在GJ486b上检测到了似乎是水蒸气的物质。当这颗行星穿过恒星的表面时，光线穿过大气层并产生一个信号，天文学家可以通过分析来计算出其中的元素。在观察了其中两个事件，并通过三种不同的方法分析数据后，该小组确定了一个似乎是水蒸气的信号。将韦伯的数据与星斑或系外行星大气层中的水蒸气模型进行比较的图表NASA,ESA,CSA,JosephOlmsted(STSCI)然而，有一个问题。该团队不能排除水蒸气信号实际上是来自恒星本身。星斑比恒星表面的其他部分要冷得多，可能是水蒸气的所在地，包括我们自己的太阳。这可能会产生一个假结果。该研究的共同作者RyanMacDonald说："我们没有观察到行星在过境期间穿过任何星斑的证据。但这并不意味着该恒星上的其他地方没有斑点。而这正是将这种水信号印入数据的物理情景，并可能最终看起来像一个行星大气层。"值得庆幸的是，韦伯有办法进行检查。它的其他仪器可以在较短的红外波长下研究该行星，以更好地确定信号来自何处，并弄清该行星是否有大气层。例如，在即将进行的一项任务中，中红外仪器（MIDI）将被用来寻找这个星球上最热的地方。如果没有大气层，这个点应该就在白天的中心位置，但是如果有大气层，热量将能够循环，最热的点将在其他地方。无论怎样，这都是一个值得关注的世界。这项研究将发表在《天体物理学杂志通讯》（PDF）上：https://stsci-opo.org/STScI-01GXR8V0YG4Q7KDM0GZC8ATBEP.pdf...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357773.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357773.htm

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PDS70，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PDS70b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PDS70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。——

独特的三重形成中的原恒星照亮恒星进食机制

独特的三重形成中的原恒星照亮恒星进食机制三颗原恒星IRAS04239+2436的艺术印象。资料来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）要了解多恒星的形成过程，就必须利用像ALMA这样的高分辨率和高灵敏度设备，直接观测多颗原恒星（形成中的恒星）诞生的瞬间。此外，最近对原恒星的观测经常报告出被称为"流线"的气体结构，即流向原恒星的气体流。观测这些流线非常重要，因为它们显示了原恒星是如何吸收气体成长的，但目前还不清楚这些流线是如何形成的。由于预计多恒星系统原恒星周围的气体流具有复杂的结构，因此利用ALMA的高分辨率进行详细观测是研究气体流起源的有力工具。三元原恒星IRAS04239+2436周围的气体分布，（左）ALMA观测到的SO发射，（右）超级计算机ATERUI数值模拟再现。左图中的原恒星A和B显示为蓝色，表示来自原恒星周围尘埃的无线电波。在原恒星A中，被认为存在两颗未解决的原恒星。右图中，三个原恒星的位置用蓝色叉号表示。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),J.-E.Leeetal.Leeetal.详细观测和发现研究小组利用ALMA观测了年轻多恒星系统IRAS04239+2436周围一氧化硫（SO）分子发射的无线电波。IRAS04239+2436是一个"三元原恒星系统"，即由三颗原恒星组成的系统，距离我们约460光年。研究小组期待在出现冲击波的区域探测到SO分子，并看到原恒星周围剧烈的气体运动。观测结果是，他们在三倍原恒星周围探测到了SO分子，并发现SO分子的分布形成了延伸达400个天文单位的大旋臂。此外，他们还根据多普勒效应引起的无线电波频移，成功地获得了含有SO分子的气体的速度。根据对气体运动的分析，他们发现SO分子追踪到的螺旋臂确实是流向三倍原恒星的流线。李说："我们的ALMA图像最深刻的特征是在SO辐射中探测到了轮廓清晰的大型多臂结构，"他解释了这一发现的意义。"我的第一印象是，这些结构在一起跳舞，围绕着中心原恒星系统旋转，不过，后来我们发现，旋臂是哺育小恒星的物质通道"。超级计算机"ATERUI"模拟多恒星形成。影片显示，多颗原恒星诞生于丝状湍流气体云中，它们在运行过程中会激发螺旋臂并扰动周围的气体。资料来源：松本智明、武田孝昭、4D2U项目、日本国家天文台意义和比较分析为了进一步研究气体运动，研究小组将此次观测得出的气体速度与数值模拟得出的速度进行了比较。这些模拟是利用日本国立天文台计算天体物理学中心的天文学专用超级计算机"ATERUI"和"ATERUIII"进行的。在模拟中，气体云中形成了三颗原恒星，三颗原恒星周围受到扰动的气体激发了螺旋臂形式的冲击波。"我们发现，螺旋臂表现出气体流向三颗原恒星；它们是向原恒星提供气体的流线，"主持这项研究数值模拟的松本说。"模拟得出的气体速度与观测结果非常吻合，表明数值模拟确实可以解释流线的起源。"多星形成的混合方案通过比较观测数据和数值模拟结果，研究小组研究了这颗三重原恒星是如何诞生的。到目前为止，多恒星的形成有两种方案。第一种是"湍流碎裂情景"，即湍流气体云碎裂成气体凝聚体，每个凝聚体演变成一颗原恒星。第二种是"圆盘碎裂情景"，即一颗原恒星周围的气体圆盘碎裂，形成一颗新的原恒星，从而产生多颗恒星。这里观测到的三倍原恒星可以用一种混合情景来解释，即恒星形成过程开始时是一个湍流原生气体云，类似于湍流碎裂情景，然后，新的原恒星种子在盘中产生，类似于盘碎裂情景，周围的气体湍流导致旋臂广泛延伸。观测结果与模拟结果非常相似，这表明观测到的三倍原恒星是第一个被证实通过混合方案形成多恒星的天体。松本说："这是首次同时全面地阐明原恒星和流星的起源。ALMA观测与模拟的结合是揭示恒星形成秘密的有力工具。"对行星形成和未来研究的影响李认为，这项研究还揭示了多恒星系统中行星形成的困难。她说："行星诞生于围绕原恒星形成的气体和尘埃盘中。在这个三原恒星系统中，原恒星位于一个很小的区域内，原恒星周围的星盘很小，环绕原恒星运行的原恒星将星盘从其他原恒星上剥离。行星是在长期平静的环境中形成的。因此，IRAS04239+2436不太可能是一个有利于行星形成的环境"。松本讨论了这项研究对我们理解多恒星形成的影响。"通过混合方案实际观测到一个正在形成中的多恒星系统，将大大有助于解决有关多恒星形成方案的争论。此外，这项研究不仅证实了最近注意到的流线体的存在，还解释了它们是如何形成的，这标志着一项重大进展"。Jeong-EunLee等人在《天体物理学杂志》（AstrophysicalJournal）上发表的论文《分子线成像的三重原恒星系统的三重旋臂》（Triplespiralarmsofatripleprotostarsystemimagedinmolecularlines）介绍了这项研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385491.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385491.htm

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》（AstrophysicalJournalLetters）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（MaríaC.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：©MariaCristinaFortuna(www.mariacristinafortuna.com)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NGC6357。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：NGC6357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（ArjanBik）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NGC6357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，NGC6357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NGC6357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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421988.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421988.htm