韦伯在岩石行星形成区探测到水蒸气

正如我们所知，水对于生命至关重要。然而，科学家们争论它是如何到达地球的，以及同样的过程是否会产生绕遥远恒星运行的岩石系外行星。新的见解可能来自距离我们 370 光年的行星系统 PDS 70。这颗恒星拥有由气体和尘埃组成的内盘和外盘，中间有50亿英里宽(80亿公里)的间隙，间隙内有两颗已知的气态巨行星。

宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的 MIRI(中红外仪器)进行的新测量在该系统的内盘中检测到了水蒸气，距离恒星不到 1 亿英里(1.6 亿公里)，该区域可能正在形成岩石类地行星。(地球的轨道距太阳 9300 万英里。)这是在已知拥有两颗或更多 原行星的圆盘的陆地区域首次检测到水。

“我们在其他圆盘中看到过水，但在行星目前正在聚集的系统中并没有那么接近。在韦伯之前我们无法进行这种类型的测量，”德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所 (MPIA) 的主要作者 Giulia Perotti 说道。

“这一发现非常令人兴奋，因为它探测了与地球相似的岩石行星通常形成的区域，”该论文的合著者、MPIA 主任托马斯·亨宁 (Thomas Henning) 补充道。亨宁是进行此次探测的韦伯 MIRI(中红外仪器)项目的联合首席研究员，也是获取这些数据的 MINDS(MIRI 中红外圆盘测量)项目的首席研究员。

形成行星的潮湿环境

PDS 70 是一颗 K 型恒星，比太阳温度低，估计年龄有 540 万年。对于具有行星形成盘的恒星来说，这是相对古老的，这使得水蒸气的发现令人惊讶。

随着时间的推移，行星形成盘中的气体和尘埃含量会下降。要么是中心恒星的辐射和风吹出这些物质，要么是尘埃成长为更大的物体，最终形成行星。由于之前的研究未能在类似年龄的圆盘的中心区域检测到水，天文学家怀疑它可能无法在严酷的恒星辐射中幸存下来，从而导致形成任何岩石行星的干燥环境。

天文学家尚未发现 PDS 70 内盘内形成任何行星。不过，他们确实发现了以硅酸盐形式构建岩石世界的原材料。水蒸气的检测意味着，如果岩石行星在那里形成，它们从一开始就会有水可用。

“我们发现了相对较多的小尘埃颗粒。结合我们对水蒸气的检测，内盘是一个非常令人兴奋的地方，”合著者、荷兰拉德堡德大学的伦斯·沃特斯 (Rens Waters) 说。

水的由来是什么?

这一发现提出了水从何而来的问题。MINDS 团队考虑了两种不同的场景来解释他们的发现。

一种可能性是，当氢原子和氧原子结合时，水分子正在我们检测到的地方形成。第二种可能性是，冰覆盖的尘埃颗粒从冷的外盘传输到热的内盘，在那里水冰升华并变成蒸汽。这样的运输系统将是令人惊讶的，因为尘埃必须穿过两颗巨大行星形成的巨大间隙。

这一发现提出的另一个问题是，当恒星的紫外线会分解任何水分子时，水如何能够在如此靠近恒星的地方生存。最有可能的是，周围的物质(例如灰尘和其他水分子)充当了保护罩。因此，在 PDS 70 内盘中检测到的水可以幸免于破坏。