JWST望远镜下的星际育儿室喂养星星的尘埃煎饼

摘要：这张围绕年轻恒星的吸积盘的插图展示了一个由热气体和尘埃组成的旋转“煎饼”，行星就是从中形成的。（图片来源：日本国立天文台（NAOJ）

#2025新春发文激励#

“太空宝宝的摇篮”：JWST望远镜探秘“尘埃煎饼”如何催生“新世界”

詹姆斯·韦布空间望远镜用于研究喂养婴儿恒星和星球的星尘“煎饼”

恒星如何吸积周围盘中的物质，这一过程影响着周围盘随着时间的演化以及后续行星的形成方式。

当你从我们的网站链接购物时，我们会从供应商哪里获得报酬。

这张围绕年轻恒星的吸积盘的插图展示了一个由热气体和尘埃组成的旋转“煎饼”，行星就是从中形成的。（图片来源：日本国立天文台（NAOJ）

利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），天文学家们已经获得了围绕年轻恒星的湍流气体和尘埃“煎饼”（吸积盘）的更详细的图片，这些“煎饼”为恒星提供养分并促进其生长，最终孕育出行星。

JWST收集到了有关吹过这些原行星盘的“改变之风”——气体流动的新细节，这些气体的流动雕刻出了吸积盘的形状。在这个过程中，空间望远镜发现了年轻恒星从吸积盘中聚集其所需的物质来实现自身生长这一假设机制的证据。

亚利桑那大学月球和行星实验室的团队负责人伊拉里亚·帕斯库奇（Ilaria Pascucci）在一份声明中说到，“我们的观测结果表明，我们已经获得了第一批可以消除角动量的风的详细图片，这些图片还能解决长期存在的恒星和行星系统如何形成的问题。”

帕斯库奇说，“恒星是如何吸积周围盘中的物质，这一过程影响着周围盘随着时间的演化情况以及后续行星的形成方式”“这种情况发生的具体方式我们还尚不清楚，但我们认大部分为磁场驱动的盘表面的风都发挥着非常重要的作用。”

据估计，在人类能够看到的宇宙部分中，每秒就会诞生3,000 颗恒星。在它们的婴儿期，这些恒星天体被称为②“原恒星”，它们会被一个由气体和尘埃组成的孕育茧所包围，然后再从中诞生。

随着时间的推移，这个云层在围绕原恒星旋转的过程中逐渐扁平化，原恒星通过吸积这些物质来增加自身的质量，以便在其核心启动氢和氦的核聚变反应。这个过程定义了什么是主序星或“成年”恒星。

然而，为了让原恒星能够吸积并生长，围绕它旋转的气体必须失去角动量。如果气体不失去角动量，它就只会简单地持续围绕原恒星旋转，永远悬浮在空中，而不会落到原恒星的表面。

然而，尽管这一过程在宇宙中必定是普遍存在的，但科学家们却一直难以理解角动量损失背后的机制。最近获得支持的一个观点是，由磁场驱动的风在原行星盘中肆虐，可能会将气体从吸积盘的表面引导出去，从而带走角动量。

JWST 观察到的围绕婴儿恒星 PDS 70 的原行星盘。（图片来源：③ALMA （④ESO/NAOJ/NRAO）/Benisty 等。

美国国家航空航天局（NASA）空间望远镜科学研究所的研究员，研究团队成员之一特雷西·贝克（Tracy Beck）指出，在原行星盘中还有其他机制能够产生风，对团队来说区分这些过程至关重要。

例如，原恒星的磁场会产生“X风”，将原行星盘内边缘的物质推出，同时，来自婴儿恒星的强辐射会引爆原行星盘外部的物质，导致其腐蚀并产生“热风”。但这些后形成的风的风速速比X风慢，X风每秒可以传播数十英里。

除了速度更快之外，X风比热风离原恒星中心更远。它们还能够比热风在原行星盘上方延伸得更远，它能达到相当于地球和太阳之间距离的数百倍的距离。

幸运的是，JWST 的红外视觉有令人难以置信的灵敏度和高分辨率，这非常适合区分磁场驱动的风、热风和在原恒星周围吹来的X风。

在原恒星HH30的原行星盘中肆虐的气体喷流和风。（图片来源：I. Pascucci et al/马克斯·普朗克天文研究所，一个位于德国海德堡的著名天文研究机构）

这台价值100亿美元的太空望远镜在研究中运用更加顺畅的原因是该团队选择了从地球视角看来是处在边缘的原恒星系统。在这一方向上意味着原行星盘的尘埃和气体扮演了一个抵挡原恒星星光的天然盾牌角色，避免了JWST在观察中时眩目，而且能区分多种类型的风。没有了⑤星光这一阻碍，这个团队能够使用 JWST 的近红外光谱仪（NIRSpec）来追踪在这些原行星盘移动的不同的原子和分子。使用近红外光谱仪的积分视场单元（IFU）使得研究人员能够构建出一个原行星盘中圆锥形的风结构，中央喷流的形态的复杂的三维图像。这个结构就像一颗洋葱，它是由圆盘中逐渐变大半径的每一层分层组成。