超級巨型系外行星如何形成？韋布空間望遠鏡找到線索

IT之家 4 月 16 日消息，天文學家利用詹姆斯?韋布空間望遠鏡（JWST），對一顆系外行星展開了觀測研究，這顆行星有望幫助人類界定行星與恒星之間的界限。

據IT之家了解，這顆奇特的系外行星是天鵝座 29 b（29 Cygni b），一顆質量約為木星 15 倍的氣態巨行星，距離地球 133 光年。

人們普遍認為，大多數行星是通過“自下而上”的方式形成的：巖石和冰塊的微小團塊不斷聚合，逐漸長成一顆行星。然而，這種機制很難解釋像天鵝座 29 b 這樣大質量行星的形成。

這類巨行星被認為是通過“自上而下”的方式形成的 —— 在圍繞新生恒星旋轉的原行星盤中，致密的氣體和塵埃區域直接坍縮而成。這與恒星自身的形成方式相同，恒星便是由更大規模的星際氣體和塵埃云中的致密區域形成。

如今，韋布望遠鏡已獲得多方面證據，表明像天鵝座 29 b 這樣的巨型行星，也有可能像較小的行星一樣，通過自下而上的方式形成。

天鵝座 29 b 正處于兩種形成機制的分界線上，其巨大質量看似符合自上而下的形成方式，但其寬闊的軌道 —— 與恒星的平均距離約為 15 億英里（24 億公里），與太陽系中天王星到太陽的距離相近，又暗示它可能是自下而上形成的。

研究團隊利用韋布望遠鏡的近紅外相機（NIRCam），直接拍攝到了天鵝座 29 b 的影像。該項目計劃對四顆系外行星進行成像，這些行星的軌道都在距離恒星約 93 億英里（150 億公里）以內，質量介于木星的 1 到 15 倍之間。這些行星都相對年輕，形成時產生的熱量仍未散去，溫度在 530 至 1000 攝氏度（990 至 1830 華氏度）之間，這意味著它們的大氣化學成分也應較為相似。

研究人員探測了被二氧化碳和一氧化碳吸收的光線，從而測量出天鵝座 29 b 大氣中比氦更重的元素（天文學家稱之為“金屬”）的含量。

結果顯示，這顆系外行星的金屬豐度約為地球的 150 倍，甚至遠高于其母恒星。這表明，在形成過程中，這顆氣態巨行星從其誕生的原行星盤中，大量吞噬了富含金屬的物質團塊。

團隊還確定，天鵝座 29 b 的軌道平面與母恒星的自轉方向一致，這進一步證明它確實是在原行星盤內形成的。

隨著該項目繼續對同類行星展開研究，未來將揭示其他巨型行星在形成時是否也同樣“貪婪”地抓取了富金屬物質。這最終有望幫助科學家解開銀河系中質量最大的行星究竟是如何誕生的謎題：它們究竟是像恒星一樣形成，還是像普通小行星一樣形成。

該團隊的研究成果已于 4 月 14 日發表在《天體物理學雜志快報》（Astrophysical Journal Letters）上。

參考資料：

• https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae374a