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宇航局的韦伯发现支持了长期以来提出的行星形成过程

摘要 该图是对韦伯 MIRI(中透视 仪器)数据的解释,该仪器对磁盘中的水蒸气敏感。它显示了光盘中的卵石漂移和含水量与带有环和间隙的扩展光盘之间...

该图是对韦伯 MIRI(中透视 仪器)数据的解释,该仪器对磁盘中的水蒸气敏感。它显示了光盘中的卵石漂移和含水量与带有环和间隙的扩展光盘之间的差异。在左侧的光盘中,当被冰覆盖的卵石向内漂向靠近恒星的较温暖区域时,它们不受阻碍。当它们穿过雪线时,它们的冰会变成蒸气,并提供大量的水来丰富刚刚形成的岩石内行星。右侧是一个带有环和间隙的扩展圆盘。当冰雪覆盖的鹅卵石开始向内移动时,许多鹅卵石被缝隙挡住并被困在环中。能够跨越雪线将水输送到圆盘内部区域的冰卵石数量较少。

科学家们利用宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜刚刚在揭示行星是如何形成的方面取得了突破性的发现。通过观察原行星盘中的水蒸气 ,韦伯证实了一个物理过程,涉及冰覆盖的固体从盘的外部区域漂移到岩石行星区域。

长期以来,理论认为,在原行星盘寒冷的外部区域(太阳系中彗星起源的同一区域)形成的冰卵石应该是行星形成的基本种子。这些理论的主要要求是,由于气态盘中的摩擦,卵石应该向内漂向恒星,从而将固体和水输送到行星。

该理论的一个基本预测是,当冰冷的卵石进入“雪线”内较温暖的区域(冰在此转变为蒸气)时,它们应该释放大量冷水蒸气。这正是韦伯所观察到的。

得克萨斯州圣马科斯市德克萨斯州立大学的首席研究员安德里亚·班扎蒂 (Andrea Banzatti) 表示:“韦伯最终揭示了内盘中的水蒸气与外盘中冰冻卵石漂移之间的联系。” “这一发现为与韦伯一起研究岩石行星的形成开辟了令人兴奋的前景!”

纽约波基普西瓦萨学院的团队成员科莱特·萨利克(Colette Salyk)解释说:“过去,我们对行星形成有非常静态的了解,几乎就像是行星形成于这些孤立的区域一样。” “现在我们实际上有证据表明这些区域可以相互作用。这也被认为是在我们的太阳系中发生的事情。”

利用韦伯的力量

研究人员使用韦伯的 MIRI (中透视 仪器)研究了类太阳恒星周围的四个圆盘——两个紧凑的和两个扩展的。据估计,所有这四颗恒星的年龄都在 2 至 300 万岁之间,只是宇宙中的新生儿。

预计这两个光盘将经历有效的卵石漂移,将卵石运送到相当于海王星轨道的距离内。相比之下,扩展圆盘预计会将其卵石保留在多个环中,最远可达海王星轨道的六倍。

韦伯观测的目的是确定光盘在其内部岩石行星区域是否具有更高的水丰度,正如预期的那样,卵石漂移是否更有效,并向内行星输送大量固体质量和水。该团队选择使用 MIRI 的 MRS(中分辨率光谱仪),因为它对磁盘中的水蒸气敏感。

结果显示,与大型磁盘相比,光盘中存在过量的冷水,结果证实了预期。

当卵石漂移时,每当它们遇到压力冲击(压力增加)时,它们往往会聚集在那里。这些压力陷阱不一定能阻止卵石漂移,但它们确实会阻碍它。这就是在带有环和间隙的大圆盘中发生的情况。

目前的研究表明,大型行星可能会导致环压力增加,卵石往往会聚集在那里。这也可能是木星在我们太阳系中的一个作用——抑制卵石和水输送到我们小型、内部且相对缺水的岩石行星。

解开谜题

当数据第一次出现时,结果让研究团队感到困惑。“两个月来,我们一直坚持这些初步结果,这些结果告诉我们,总体而言,光盘中的水较冷,而大型磁盘中的水较热,”班扎蒂回忆道。“这是没有意义的,因为我们选择了温度非常相似的恒星样本。”

只有当班扎蒂将光盘上的数据叠加到大磁盘上的数据上时,答案才清晰地浮现出来:光盘上的雪线内部有额外的冷水,距离海王星轨道近十倍左右。

班扎蒂说:“现在我们终于清楚地看到,冷水中有多余的水。” “这是前所未有的,完全归功于韦伯更高的分辨率!”

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