NASA韋伯望遠鏡揭開30億年行星工廠的神秘面紗

天文學家長期以來認為，圍繞年輕恆星旋轉的氣體和塵埃盤，也就是行星形成的搖籃，通常只能維持約1000萬年。然而，一項突破性的發現顯示，對於某些低質量恆星來說，這些行星盤的壽命可以遠遠超過預期，甚至長達3000萬年。這項發現不僅顛覆了我們對行星形成的認知，也為尋找外星生命提供了新的線索。

透過NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，研究人員觀察到這些低質量恆星周圍存在著穩定的、富含氣體的環境。這意味著行星形成的過程可能比我們想像的更為漫長，尤其是在像TRAPPIST-1這樣的系統中，行星可能有更多時間在宜居帶內形成。這對我們理解行星演化以及地球之外的生命潛力具有重要意義。

如果宇宙有一本相簿，其中很可能會充滿著氣體和塵埃盤的照片，這些盤狀結構就像是年輕恆星周圍的行星育嬰室。過去，科學家認為這些行星盤是大多數年輕恆星生命中的一個短暫階段，通常只會存在約1000萬年。然而，亞利桑那大學的研究團隊發現，某些行星盤的壽命遠超預期，尤其是在質量僅為太陽十分之一或更小的恆星周圍。

在《天體物理學快報》期刊發表的一項研究中，由亞利桑那大學月球與行星實驗室的馮龍領導的團隊，詳細描述了他們對一個3000萬年歷史的原行星盤的觀察。這個盤狀結構的年齡是科學家通常預期的三倍。透過韋伯望遠鏡，研究人員首次對這種長壽命的行星盤進行了詳細的化學分析，為行星形成及太陽系外宜居世界的可能性提供了新的線索。

馮龍表示，原行星盤就像是行星系統的嬰兒照片，讓我們得以一窺太陽系在形成初期的樣貌。他解釋道，只要恆星達到一定質量，年輕恆星的高能輻射就會將氣體和塵埃吹離行星盤，使其無法再作為行星形成的原料。

研究團隊觀察了一顆名為J0446B的恆星，它位於距離地球約267光年的天鴿座。研究人員發現，這顆恆星周圍的行星盤已經存在了約3000萬年，是預期壽命的三倍。馮龍指出，雖然大多數行星盤會在1000萬到2000萬年內消散，但對於某些特定型別的恆星，它們的行星盤可以持續更長時間。由於盤中的物質是行星形成的原料，行星盤的壽命決定了系統有多少時間來形成行星。

儘管低質量恆星的行星盤壽命較長，但其化學組成並未發生顯著變化。無論行星盤的年齡如何，其化學成分都保持穩定，這表明即使行星盤進入晚期階段，化學環境依然相對穩定。這種長壽命的穩定化學環境，可能為低質量恆星周圍的行星提供更多形成時間。

研究人員透過分析行星盤的氣體含量，排除了J0446B周圍的行星盤是所謂的「碎片盤」的可能性。碎片盤是一種由小行星碰撞產生的第二代物質組成的盤狀結構，通常壽命較長。參與研究的博士生謝成彥表示，他們在盤中檢測到了氫和氖等氣體，這表明J0446B周圍的行星盤中仍存在原始氣體。

這項發現對太陽系外的生命探索具有重要意義，尤其是對TRAPPIST-1系統的研究。TRAPPIST-1系統距離地球約40光年，由一顆紅矮星和七顆與地球大小相似的行星組成，其中三顆行星位於宜居帶內，可能存在液態水，從而具備生命形成的條件。

馮龍及其合著者指出，由於擁有長壽命行星盤的恆星與TRAPPIST-1系統中的中央恆星屬於相似的質量類別，因此這些行星盤的存在對行星系統的演化尤其重要。共同作者、行星科學教授伊拉里亞·帕斯庫奇表示，要形成TRAPPIST-1系統中特定的軌道排列，行星需要在盤內遷移，而這一過程需要氣體的存在。他們在這些行星盤中發現的長壽命氣體，可能是TRAPPIST-1系統獨特軌道排列的原因。

值得注意的是，研究人員並未在像太陽這樣的高質量恆星周圍發現長壽命的行星盤，因為這類恆星演化速度更快，行星形成的時間更短。儘管太陽系走了一條不同的演化路線，但研究人員指出，長壽命的行星盤仍然能為我們提供許多關於宇宙的資訊，因為低質量恆星的數量遠遠超過類太陽恆星。

馮龍總結道，深入瞭解低質量恆星系統的演化，並獲得長壽命行星盤的「快照」，可能有助於填補宇宙相簿中的空白，讓我們更全面地理解行星形成的奧秘。