詹姆斯·韦布望远镜发现625光年外的“宇宙造月工厂”

这项研究成果发表在《天体物理学杂志通讯》上。

处于最初阶段的年轻恒星系统
CT Cha b所环绕的恒星仅形成200万年，目前仍在从周围环境中聚集物质。然而，韦布望远镜的观测显示，这颗行星周围较小的盘状结构与为恒星提供物质的较大盘状结构是相互分离的。该行星与其恒星相距高达460亿英里，表明它们是相互独立的活动系统。

理解行星和卫星的形成过程对于解释星系中行星系统的演化至关重要。卫星的数量可能超过行星，其中一些甚至可能具备适合生命存在的条件。借助韦布望远镜的能力，天文学家如今开始能够直接观测行星和卫星形成的早期阶段。

追溯行星系统的起源
研究人员表示，这一发现是理解行星和卫星形成与生长过程的一项突破。韦布望远镜的详细观测使科学家能够将这个年轻的系统与我们太阳系的早期历史进行对比——太阳系形成于40多亿年前。

“我们能够看到伴星（此处指行星CT Cha b）周围盘状结构的证据，并且首次能够研究其化学组成。我们不仅在见证卫星的形成，也在见证这颗行星的形成。”该研究的共同第一作者、华盛顿卡内基科学研究所的西耶拉·格兰特说道。

“我们正在观察哪些物质在不断积聚以形成行星和卫星。”该研究的主要第一作者、苏黎世大学研究员、国家行星科学研究能力中心成员加布里埃莱·库尼奥补充道。

解析遥远行星的光芒
为了研究CT Cha b，韦布望远镜使用了其中红外仪器（MIRI）和一台中分辨率光谱仪。对韦布望远镜存档数据的早期分析显示了环行星盘内存在分子的迹象，这促使研究人员展开了更详细的调查。由于行星发出的微弱光芒很容易被其宿主恒星的强光掩盖，研究人员应用了高对比度成像技术，将行星的光芒与恒星的光芒分离开来。

“我们在行星所在位置发现了分子，因此知道那里有值得深入研究的东西，于是花了一年时间试图从数据中梳理出来。这真的需要很大的毅力。”格兰特说。

研究团队最终在盘状结构中识别出7种含碳分子，包括乙炔（C₂H₂）和苯（C₆H₆）。这种强烈的碳信号与恒星自身盘状结构的化学组成形成鲜明对比——恒星盘状结构中存在水，但不存在碳。两个盘状结构之间的化学差异揭示了这些环境的演化速度之快——仅约200万年。

窥探卫星的形成过程
长期以来，科学家们推测木星的四颗大型卫星——木卫一、木卫二、木卫三和木卫四——在数十亿年前起源于围绕这颗年轻行星的类似盘状结构。它们轨道的排列方式支持了这一观点。最外侧的两颗卫星——木卫三和木卫四——约由50%的水冰组成，但可能含有富含碳或硅等元素的岩石核心。

“我们希望更多地了解太阳系中的卫星是如何形成的。这意味着我们需要观察其他仍在形成过程中的系统。我们正试图弄清楚这一切是如何运作的。”库尼奥说，“这些卫星是如何形成的？它们的组成成分是什么？涉及哪些物理过程？这些过程发生在多长的时间尺度上？韦布望远镜使我们首次能够通过观测来见证卫星形成的过程并研究这些问题。”

在接下来的一年里，研究团队计划利用韦布望远镜研究更多年轻的行星系统，旨在对比那些未来可能形成卫星的盘状结构在物理和化学特性上的多样性。

詹姆斯·韦布空间望远镜是世界领先的空间天文台，旨在以无与伦比的精度探索宇宙。它帮助科学家解开太阳系的奥秘、研究围绕其他恒星运行的遥远行星，并回望塑造宇宙的最早星系。韦布望远镜是美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）的国际合作项目，结合了先进技术和全球协作，以拓展我们对宇宙以及我们在宇宙中位置的理解。