在過去的幾十年里，天文學(xué)家在太陽系之外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近6000顆系外行星。其中，能夠被直接成像的僅占極少數(shù)。即便是體積龐大的系外行星，其亮度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及其宿主星，通常僅為宿主星的數(shù)千分之一，使得觀測極具挑戰(zhàn)性。
在一項(xiàng)新發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》上的研究表明，韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）首次在一個(gè)標(biāo)志性行星系統(tǒng)中，直接拍攝到多顆氣態(tài)巨行星的圖像。
HR 8799：一個(gè)年輕的行星系
HR 8799是一個(gè)距離地球130光年的行星系，包含了四顆已知的氣態(tài)巨行星。相比太陽系46億年的壽命，它只有約3000萬年的歷史，是一個(gè)非常年輕的系統(tǒng)。由于HR 8799內(nèi)的行星仍處于高溫狀態(tài)，它們會(huì)釋放大量的紅外輻射，為科學(xué)家提供了關(guān)于其形成和演化過程的重要數(shù)據(jù)。
JWST為標(biāo)志性的多行星系統(tǒng)HR 8799拍攝了迄今最清晰的紅外圖像。系統(tǒng)內(nèi)最靠近宿主星的行星是HR 8799 e，軌道距離約為15億英里，相當(dāng)于太陽系中土星和海王星軌道之間的距離；最遠(yuǎn)的一顆行星是HR 8799 b，距離約為63億英里，是海王星軌道的兩倍多。星號(hào)標(biāo)記了主星HR 8799的位置，其光線已被日冕儀遮擋，以便觀測周圍行星。（圖/NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)）
目前，科學(xué)界認(rèn)為巨行星的形成主要遵循兩種機(jī)制：一種是核吸積（core accretion）——這是一種類似太陽系中的巨行星（如木星）形成的機(jī)制，先由較重元素逐漸堆積形成一個(gè)固體核，當(dāng)固體核質(zhì)量足夠大后，會(huì)吸引周圍的氣體；另一種是盤不穩(wěn)定性（disk instability）——在年輕恒星周圍的冷卻原行星盤（主要由與恒星相同的物質(zhì)構(gòu)成）中，氣體顆粒會(huì)快速塌縮、合并形成大質(zhì)量天體。
弄清楚哪一種機(jī)制更為常見，有助于科學(xué)家區(qū)分不同系外行星的形成方式。
二氧化碳的發(fā)現(xiàn)
JWST的NIRCam（近紅外相機(jī)）所搭載的日冕儀能夠屏蔽恒星強(qiáng)光，從而揭示其周圍隱藏的行星。這項(xiàng)技術(shù)使研究團(tuán)隊(duì)能夠探測行星發(fā)出的紅外光，這些紅外光的特定波長會(huì)被某些特定氣體吸收。這使得JWST成功捕捉到了HR 8799和另外一顆年輕的系外行星——51 Eri b的圖像。
51 Eri是一個(gè)距離地球97光年的行星系。JWST的NIRCam成功捕捉到了51 Eri b，這是一顆較冷的、年輕的系外行星，軌道距離宿主星約8.9億英里，相當(dāng)于太陽系中土星的軌道距離。（圖/NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)）
觀測結(jié)果表明，HR 8799中的一些已被深入研究過的行星，富含二氧化碳氣體。這些顯著的二氧化碳特征意味著，這些行星的大氣中含有比之前預(yù)期更多的重元素，如碳、氧和鐵。
這一發(fā)現(xiàn)提供了有力的證據(jù)表明，HR 8799系統(tǒng)中的四顆巨行星是通過核吸積形成的，類似于木星和土星的演化模式。
此外，研究還證實(shí)，JWST不僅能夠通過成像技術(shù)推測系外行星的大氣成分，還可以借助光譜儀直接解析其化學(xué)成分。這一能力進(jìn)一步鞏固了JWST在系外行星研究中的科學(xué)價(jià)值。
未來的觀測方向
目前，研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步推進(jìn)觀測，以確認(rèn)這些圍繞其他恒星運(yùn)行的天體究竟是真正的巨行星，還是類似于褐矮星的天體。
研究人員進(jìn)行這類研究的目標(biāo)，是為了通過與其他系外行星系統(tǒng)的比較，來理解太陽系的演化、生命的起源以及地球在宇宙中的位置。他們計(jì)劃繼續(xù)拍攝其他恒星系統(tǒng)的圖像，分析它們與太陽系的相似性或差異，從而判斷太陽系是否獨(dú)特，還是與其他行星系統(tǒng)類似。
#參考來源：
https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-images-young-giant-exoplanets-detects-carbon-dioxide/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/adb1c6
#圖片來源：
封面圖&首圖：NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)
熱門跟貼