韦伯望远镜发现大质量恒星如何影响行星系统的形成的奥秘
詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）是一台超级望远镜，于2021年12月成功发射升空，它可以观测到从可见光到中红外波段的电磁辐射，为我们探索宇宙的奥秘提供了新的视角。最近，JWST的一项观测结果揭示了大质量恒星与行星系统形成之间复杂的相互作用，为解决一个长期存在的天文难题提供了突破性的见解。这一发现来自于一项由法国国家科学研究中心（CNRS）科学家参与的国际合作，他们的目标是猎户座星云中一个名为d203-506的原行星盘，以及它对附近大质量恒星紫外线辐射的敏感性。
原行星盘与行星系统
行星系统，包括我们的太阳系，被认为是由围绕年轻恒星的尘埃和气体原行星盘形成的。这些星盘为行星的诞生提供了基本材料。然而，大质量恒星的存在和影响–这些恒星的质量大约是太阳的 10 倍，亮度是太阳的 10 万倍–在决定这些新生行星系统的命运方面起着关键作用。大质量恒星发出的强烈紫外线（UV）辐射既可以促进行星的形成，也可以通过分散星盘物质而完全阻止行星的形成。这就是天文学家所说的“光子驱动的星盘分散”现象。
猎户座星云中的一个特殊案例
猎户座星云是距离地球最近的恒星形成区域之一，它包含了大量的年轻恒星和原行星盘，是天文学家研究恒星和行星形成的理想场所。在猎户座星云中，有一个特殊的原行星盘，名为d203-506，它位于一颗大质量恒星的附近，受到了它的紫外线辐射的强烈影响。这个原行星盘的特点是它的尺寸非常大，直径约为 1000 天文单位（1 天文单位等于地球到太阳的平均距离，约为 1.5 亿公里），而一般的原行星盘的直径只有几十到几百天文单位。这个原行星盘的质量也很大，约为太阳的 0.1 倍，而一般的原行星盘的质量只有太阳的 0.01 倍。这个原行星盘的形状也很奇特，它呈现出一个弯曲的环状结构，而不是一个对称的圆盘结构。这些特征都表明，这个原行星盘正在经历一个剧烈的演化过程，可能与它所处的辐射环境有关。
JWST的突破性观测
为了探究这个原行星盘的奥秘，一组国际科学家利用 JWST 和阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）的近红外和亚毫米波测量数据对 d203-506 进行了观测。他们发现，这个原行星盘正在以显著的速度损失质量，每年约为太阳的 0.0001 倍。这种质量损失的主要原因是由于大质量恒星发出的远紫外光（FUV）驱动的光蒸发–在这一过程中，圆盘上层被加热到气体被排出的程度，从而导致质量损失。这是首次直接观测到 FUV 驱动光蒸发的证据，也是首次测量到原行星盘的质量损失速率。这种现象尤其不利于气态巨行星的形成，因为它会在这些行星完全形成之前带走盘中的气体。研究人员估计，这个原行星盘可能在一百万年内就没有气体了，从而严重限制了该系统内形成气体巨行星的可能性。
对行星系统形成的启示
这些发现强调了大质量恒星在塑造行星系统发展环境中的关键作用。这项研究还提供了一个令人信服的例子，说明我们的太阳系（据信是在包含一颗或多颗大质量恒星的星团中形成的）是如何受到类似的紫外辐射过程的影响的。事实上，我们的太阳系中的某些特征，如水星的小尺寸，火星的低密度，小行星带的存在，以及太阳系外围的柯伊伯带，都可能与太阳系早期的辐射环境有关。通过阐明原行星盘的动力学和恒星辐射的巨大影响，这些研究为行星系统的形成提供了宝贵的视角。它们不仅增进了我们对宇宙复杂性的了解，还为未来探索恒星和行星形成的奥秘铺平了道路。