韋布望遠鏡首次確認系外恒星系統存在水冰，距地球155光年

IT之家 5 月 15 日消息，天文學家一直推測，在太陽系之外的其他恒星系統中可能存在水冰（frozen water），部分原因是此前已探測到水的氣態形式 —— 水蒸氣，并且水在我們太陽系中也存在。如今，這一推測得到了明確的證據支持。

據美國宇航局（NASA）官網最新消息，研究人員利用 NASA 詹姆斯?韋布空間望遠鏡提供的詳細光譜數據，確認了一顆距離地球 155 光年的類太陽恒星周圍環繞的塵埃碎片盤中存在結晶水冰。2008 年，NASA 退役的斯皮策空間望遠鏡獲得的數據就曾暗示該系統可能存在水冰。

“韋布望遠鏡明確探測到的不僅僅是水冰，而是結晶水冰，這種物質在我們太陽系的土星環以及柯伊伯帶的冰凍天體中也有發現。”該研究論文的第一作者、馬里蘭州巴爾的摩市約翰?霍普金斯大學助理研究科學家謝晨（Chen Xie，音譯）表示。

韋布望遠鏡探測到的所有水冰都與碎片盤中的細小塵埃顆粒結合在一起，就像一個個微小的“臟雪球”。這一研究成果于周三發表在《自然》雜志上。

據IT之家了解，天文學家們已經等待這類明確的數據長達數十年之久。“25 年前我還在讀研究生時，我的導師就告訴我碎片盤中應該存在冰，但在韋布望遠鏡出現之前，我們沒有足夠靈敏的儀器來進行這些觀測。”該研究的共同作者、巴爾的摩市空間望遠鏡科學研究所的副天文學家克里斯汀?陳（Christine Chen）表示，“最令人驚訝的是，這些數據與望遠鏡最近對我們太陽系柯伊伯帶天體的觀測結果非常相似。”

水冰是圍繞年輕恒星的圓盤中的關鍵成分，對巨行星的形成有著重大影響，并且可能通過彗星和小行星等小天體被輸送到已經形成的巖質行星上。如今研究人員利用韋布望遠鏡探測到了水冰，這為所有研究人員開啟了一扇大門，讓他們能夠以新的方式研究這些過程在許多其他行星系統中是如何發生的。

這顆被編號為 HD 181327 的恒星比我們的太陽年輕得多，其年齡估計為 2300 萬年，而太陽的年齡則為 46 億年。該恒星的質量略大于太陽，溫度也更高，這導致其周圍形成了一個略大的星系。

韋布望遠鏡的觀測結果證實了恒星與碎片盤之間存在一個明顯的空隙，這是一個沒有塵埃的廣闊區域。在更遠的地方，其碎片盤類似于我們太陽系的柯伊伯帶，那里有矮行星、彗星以及其他冰和巖石碎片（它們有時會相互碰撞）。數十億年前，我們的柯伊伯帶可能與這顆恒星的碎片盤非常相似。

“HD 181327 是一個非常活躍的系統。”陳說，“在其碎片盤中，碰撞事件頻繁且持續發生。當這些冰凍天體相互碰撞時，會釋放出細小的含水冰塵埃顆粒，這些顆粒的大小正好適合韋布望遠鏡進行探測。”

水冰在這個系統中并不是均勻分布的。大部分水冰都集中在最寒冷、距離恒星最遠的地方。“碎片盤的外側區域含有超過 20% 的水冰。”謝晨說。

研究人員越靠近恒星，發現的水冰就越少。在碎片盤的中部，韋布望遠鏡探測到的水冰含量約為 8%。在這里，冰凍水顆粒的產生速度可能略高于其被破壞的速度。而在碎片盤最靠近恒星的區域，韋布望遠鏡幾乎沒有探測到水冰。這可能是由于恒星的紫外線使最近的水冰顆粒蒸發，也有可能是被稱為“星子”的巖石將冰凍水“鎖”在它們的內部，而韋布望遠鏡無法探測到。

該團隊以及更多研究人員將繼續在銀河系的碎片盤和正在形成行星的系統中尋找并研究水冰。“水冰的存在有助于促進行星的形成。”謝晨說，“這些冰凍物質最終可能會被輸送到在類似這樣的系統中形成巖質行星上，這一過程可能需要數億年。”

研究人員利用韋布望遠鏡的近紅外光譜儀（NIRSpec）對 HD 181327 進行了觀測，該儀器對極微弱的塵埃顆粒極為敏感，這些顆粒只能從太空進行探測。