詹姆斯·韋伯太空望遠鏡探索恆星與行星誕生

利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），天文學家更詳細地瞭解了圍繞年輕恆星的那些動盪的氣體和塵埃“煎餅”，這些“煎餅”在行星誕生前爲恆星提供養分，促進其成長。

JWST收集到了有關吹過這些原行星盤的“變化之風”氣流的新細節，這些氣流塑造了原行星盤的形狀。

由亞利桑那大學的天文學家領導的一個團隊對四個原行星盤系統進行了觀測並收集了相關結果，從地球上看，所有這些系統都呈現出邊緣朝上的狀態。

這構成了對塑造原行星盤力量的最全面觀測，它們提供了大約 46 億年前我們的太陽系和幼年太陽在地球及其他行星形成之前的情況的快照。

“我們的觀測有力地表明，我們已經獲取了能夠消除角動量的風的第一批詳細圖像，並且解決了恆星和行星系統如何形成這一長期存在的問題。”亞利桑那大學月球和行星實驗室的團隊負責人伊拉里亞·帕斯庫奇在一份聲明中說道。

“恆星吸積物質的方式對周圍盤隨時間的演化有很大影響，包括行星後續的形成方式，”帕斯庫奇說道。

據估計，在人類能夠看到的那部分宇宙中，每秒都有驚人的 3000 顆恆星誕生。在其嬰兒期，這些恆星體被稱爲“原恆星”，它們被由自身形成的氣體和塵埃構成的產前繭狀物所包圍。

隨着時間的推移，當這片雲圍繞原恆星旋轉時就會變平，原恆星從中獲取物質以聚集足夠的質量，從而在其核心啓動氫聚變爲氦。這個過程定義了什麼是主序星或“成年”恆星。

然而，爲了使原恆星能夠獲取物質並實現成長，圍繞它旋轉的氣體必須失去角動量。倘若氣體未能失去角動量，那麼它就會一直圍繞原恆星旋轉，處於懸浮狀態，且永遠無法落到其表面。

然而，儘管這一過程在宇宙中必然無處不在，但最近有一個獲得支持的觀點指出，在原行星盤中肆虐的由磁力驅動的風可以從其表面輸送氣體，帶走角動量。

團隊成員特雷西·貝克（Tracy Beck）是美國國家航空航天局太空望遠鏡科學研究所的一名研究人員，他指出，由於原行星盤中還有其他機制在產生風，因此團隊對這些過程加以區分是至關重要的。

例如，原恆星的磁場會產生一種“X 風”，把物質從原行星盤的內邊緣往外推。同時，來自這顆幼年恆星的強烈輻射會衝擊盤外部分的物質，致使其受到侵蝕併產生“熱風”。這些“熱風”的風速比 X 風慢，X 風每秒可以行進數十英里。

除了速度更快之外，X 風產生的位置相較熱風而言，離中央原恆星更遠。它們在盤上方伸展的距離也比熱風更遠，能夠達到相當於地球與太陽之間距離數百倍之遙。

幸運的是，JWST 紅外視覺令人難以置信的靈敏度和高分辨率非常適合區分圍繞原恆星吹拂的磁場驅動風、熱風和 X 風。

這個價值 100 億美元的太空望遠鏡在此次調查中之所以得到了助力，是因爲該團隊所選擇的原恆星系統從地球上看是呈邊緣朝向的。這種方向意味着原行星盤中的塵埃和氣體發揮了天然的屏蔽作用，阻擋了來自原恆星的星光，防止 JWST 被耀眼光芒所迷惑，並使其能夠區分這些風。

沒有這個障礙，該團隊能夠使用 JWST 的近紅外光譜儀（NIRSpec）追蹤不同的原子和分子在這些原行星盤中的移動。然後使用 NIRSpec 的積分場單元（IFU），他們能夠構建一個複雜的 3D 圖像，展示盤風圓錐形包層內中央噴流的結構。這個包層的結構像洋蔥一樣，由盤中半徑逐漸增大處產生的層組成。

該團隊在這四個原行星盤的每一個裡，都發現了這些由風在錐體中形成的明顯的中心孔洞。

研究人員現在的目標是對其他原行星盤展開研究，試圖弄清楚這些孔洞是否常見。然後，他們可以試着確定它們在給幼年恆星提供養分方面可能起到的作用。

“我們覺得它們可能挺常見的，不過只有四個對象，不太好確定，”帕斯庫奇總結道。“我們想通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡獲取更大的樣本，然後也瞧瞧在恆星聚集和行星形成的時候，我們能不能探測到這些風中的變化。”