2003年，哈伯提供了證據顯示一顆非常古老的恆星周圍有一顆巨大的系外行星。這些恆星僅含有少量較重元素，而這些元素是行星的組成部分。這意味著一些行星的形成發生在我們的宇宙非常年輕的時候，這些行星有時間在它們的原始盤內形成並長大，甚至比木星還要大。但如何呢？為了回答這個問題，天文學家使用 NASA/ESA/CSA 詹姆斯韋伯太空望遠鏡研究了附近小麥哲倫星雲中的恆星，該星雲與早期宇宙非常相似，缺乏大量重元素。他們發現，那裡的一些恆星不僅擁有形成行星的盤，而且這些盤的壽命比銀河系中年輕恆星周圍的盤壽命更長。
這張韋伯圖像顯示了 NGC 346，小麥哲倫星雲中的一個巨大星團。影像上覆蓋的黃色圓圈表示研究中測量的十顆恆星的位置。圖片來源：NASA / ESA / CSA / STScI / Olivia C. Jones，英國 ATC / Guido De Marchi，ESTEC / Margaret Meixner，USRA。
歐洲太空研究中心的研究員 Guido De Marchi 博士說：「透過韋伯望遠鏡，我們對哈伯望遠鏡的觀察結果有了強有力的證實，我們必須重新思考如何模擬年輕宇宙中的行星形成和早期演化。」技術中心。
「在早期宇宙中，恆星主要由氫和氦形成，以及極少數較重的元素，如碳和鐵，這些元素後來通過超新星爆炸形成。”
美國國家科學基金會NOIRLab 雙子座天文台首席科學家埃琳娜·薩比博士說：「目前的模型預測，由於重元素很少，恆星周圍的圓盤壽命很短，實際上太短了，以至於行星無法變大。
“但哈伯確實看到了這些行星，那麼如果模型不正確並且磁碟可以壽命更長怎麼辦？”
為了驗證這個想法，天文學家對韋伯進行了訓練，一個矮星系，是銀河系最近的鄰居之一。
特別是，他們檢查了巨大的恆星形成星團，也相對缺乏較重元素。
該星團充當了研究早期遙遠宇宙中具有類似條件的恆星環境的附近代理。
哈伯從 2000 年代中期對 NGC 346 的觀測揭示了許多大約 2000 至 3000 萬年前的恆星，它們周圍似乎仍然有行星形成盤。
這違背了傳統觀點，即這種圓盤會在兩三百萬年後消失。
「哈伯的發現是有爭議的，不僅違背了我們銀河系的經驗證據，而且也違背了目前的模型，」德馬奇博士說。
「這很有趣，但如果沒有辦法獲得這些恆星的光譜，我們無法真正確定我們是否目睹了真正的吸積和盤的存在，或者只是一些人為效應。”
現在，由於韋伯的靈敏度和分辨率，科學家首次獲得了正在形成的類太陽恆星及其在附近星系中的直接環境的光譜。
「我們看到這些恆星確實被圓盤包圍，即使在 2000 或 3000 萬年的相對古老年齡，它們仍然處於吞噬物質的過程中，」德馬爾奇說。
「這也意味著，與我們銀河系附近的恆星形成區域相比，行星在這些恆星周圍有更多的時間形成和生長。”
這項發現反駁了先前的理論預測，當圓盤周圍的氣體中重元素很少時，恆星會很快吹走圓盤。
所以磁碟的壽命會很短，甚至不到一百萬年。
但是，如果圓盤在恆星周圍停留的時間不夠長，不足以讓塵埃顆粒黏在一起、卵石形成並成為行星的核心，那麼行星該如何形成呢？
研究人員解釋說，行星形成盤能夠在重元素稀缺的環境中持續存在，可能存在兩種不同的機制，甚至是組合。
首先，為了能夠吹走圓盤，恆星施加輻射壓力。
為了使這種壓力有效，比氫和氦重的元素必須存在於氣體中。
但大質量星團 NGC 346 的重元素僅佔太陽化學成分的百分之十左右。
也許這個星團中的恆星需要更長的時間才能分散其圓盤。
第二種可能性是，當重元素很少時，類太陽恆星的形成必須從更大的氣體雲開始。
更大的氣體雲會產生更大的圓盤。因此，圓盤中的質量更大，因此即使輻射壓力以相同的方式起作用，也需要更長的時間才能將圓盤吹走。
「恆星周圍的物質越多，吸積就會持續越長的時間，」薩比博士說。
「磁碟需要十倍的時間才能消失。這對於如何形成行星以及在這些不同環境中可以擁有的系統架構類型有影響。這太令人興奮了。
這學習今天發表在天體物理學雜誌。
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吉多·德·馬爾基等人。 2024年。亞太地區977、214；二：10.3847/1538-4357/ad7a63
本文改編自美國太空總署戈達德太空飛行中心韋伯任務團隊的原始版本。
