天文學家在一顆恆星周圍發現一個富含二氧化碳(CO₂)的行星形成盤,而且幾乎缺乏水的存在。此一發現挑戰了現有的行星形成理論。
瑞典斯德哥爾摩大學(Stockholm University)在新聞稿中指出,藉由美國太空總署(NASA)的韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),天文學家在一顆年輕恆星四周發現這個二氧化碳含量很高、孕育行星的圓盤。這顛覆了長期以來有關行星誕生地化學性質的假設。
這顆恆星位於NGC 6357星雲的巨大恆星形成區內。NGC 6357星雲又稱龍蝦星雲(Lobster Nebula),位於距離地球約8,000光年的天蝎座附近。
主導這項研究的該校天文學系博士生弗雷迪亞尼(Jenny Frediani)表示,有別於附近含有大量水蒸氣的大多數行星形成盤,這次發現的行星形成盤含有大量的二氧化碳。
她說:「事實上,這個系統中的水非常稀少,幾乎無法偵測到——這與我們通常觀察到的情況形成了鮮明的對比。」
新生恆星通常會被包裹在氣體雲中,並在其周圍形成行星盤。在傳統的行星形成模型中,富含水冰的「鵝卵石」會從此圓盤寒冷的外部區域漂移到較溫暖的內部區域。那裏不斷升高的溫度會使冰昇華為水蒸氣,進而出現強烈的水蒸氣特徵。
然而,在本案例中,韋伯太空望遠鏡的中紅外儀器(MIRI)所捕捉的光譜卻顯示出令人費解的強烈二氧化碳特徵。
該校天文學系研究員比克(Arjan Bik)補充:「行星形成區二氧化碳含量如此之高是意料之外的。這表明強烈的紫外線輻射——無論是來自主恆星還是鄰近的大質量恆星——可能正在重塑行星盤的化學成份。」
弗雷迪亞尼以電子郵件告訴生活科學(Live Science)網站說,除了比克所陳述的可能原因之外,這個行星形成盤如此奇特的另一個原因可能是該區域的塵埃顆粒所致。
她解釋,這些塵埃顆粒表面並非覆蓋著大量水份,而是充滿了二氧化碳,「這或許是由於這顆年輕恆星周圍特殊的局部環境條件造成的。」
她說,如果情況確實如此,水蒸氣就會吸積到恆星上,但「在最終被吸積之前,盤中仍會殘留相當多看得到的二氧化碳蒸氣。」
弗雷迪亞尼是「極端紫外線環境」(eXtreme Ultraviolet Environments)項目的成員,該項目旨在研究強烈輻射場如何影響恆星周圍的行星形成盤的化學成份。
她說,韋伯太空望遠鏡目前仍然是該項目追蹤此一奇特系統的最佳選擇,但有些地面天文台的興建與升級也會有所幫助。
主導該項目的德國馬克斯-普朗克天文研究所(Max Planck Institute for Astronomy)研究人員拉米雷斯-坦努斯(Maria-Claudia Ramirez-Tannus)說,極端的輻射環境在巨大的恆星形成區域十分常見。
她說:「由於大多數恆星和行星都形成於這樣的區域,因此了解這些影響對於掌握行星大氣的多樣性及其宜居潛力至關重要。」
上述研究成果於8月29日發表在《天文與天體物理學報》(Astronomy and Astrophysics)期刊上。#
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