詹姆斯韦伯望远镜发现著名恒星系隐藏巨行星

这幅艺术家概念图展示了绘架座β系统，已发现的巨型系外行星绘架座βd位于右侧。在该系统已知的三颗系外行星中，它拥有最宽的轨道。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、加拿大空间局（CSA）、太空望远镜科学研究所（STScI）、拉尔夫克劳福德（STScI）

韦伯望远镜通过明亮的碎片盘检测其大气化学成分，发现了一颗隐藏的巨行星。

多年来，一颗第三颗巨行星一直隐藏在绘架座β周围明亮的尘埃中，绘架座β是银河系中被观测得最密切的行星系统之一。美国国家航空航天局的詹姆斯韦伯太空望远镜通过探测其大气中的分子，已发现了这颗隐藏的星球。

这颗年轻的恒星已知拥有绘架座βb——通过直接成像捕获的最早系外行星之一，以及绘架座βc。绘架座βd的发现使绘架座β系统成为已知第二个拥有至少三颗成像行星的系统。与它的两颗伴星不同，这颗新行星最初是通过其大气化学特征被识别出来的，而非作为一个清晰的光点，这展示了一种寻找其他难以观测天体的潜在有效方法。

这项发现为这个本已十分迷人的行星系统又增添了一块拼图，艾丹吉布斯说。他是发表在《天体物理学杂志通讯》上一项新研究的主要作者，同时也是加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员。绘架座β星长期以来一直是研究行星系统形成和演化的实验室，现在我们又有了一颗行星来帮助我们讲述这个故事。

第三个巨头重塑系统

BetaPictoris距离地球63光年，年龄约为2300万年。它相对年轻且距离较近，使天文学家能够研究新形成的行星如何与该系统形成过程中遗留下来的尘埃和碎片盘相互作用。

研究人员利用美国国家航空航天局詹姆斯韦伯太空望远镜上的近红外光谱仪（NIRSpec）积分视场单元绘制了绘架座β系统的化学成分图。结果，他们发现了围绕这颗年轻恒星运行的第三颗行星——绘架座βd。鸣谢：艾丹吉布斯（加州大学圣地亚哥分校）、让巴蒂斯特吕菲奥（加州大学圣地亚哥分校）、亚历克西斯比多特（空间望远镜科学研究所）；图像处理：阿莉莎帕甘（空间望远镜科学研究所）

研究人员估计，绘架座βd的质量至少是木星的两倍，使其成为该系统已知的三颗巨行星中质量最小的一颗。模型显示，它的轨道距离恒星约30个天文单位，与海王星在太阳系中的位置相似。它在三颗行星中拥有最宽的轨道，但仍处于碎片盘的内部边界之内。

一种化学条形码暴露了地球

研究人员最初并非为了寻找另一颗行星。他们在使用韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）研究绘架座βb的大气层时，发现了绘架座βd存在的证据。这项观测依赖于NIRSpec的积分视场单元，该单元在记录图像的同时从每个像素收集光谱。

吉布斯说：我们当时不是在寻找新行星，而是在试图了解一颗我们已知其存在的行星。然后，这个明显的信号出现在了我们意想不到的数据位置。

原本尘埃反射光应产生平滑光谱的地方，研究人员却看到了反复出现的峰和谷。这种图案来自一氧化碳吸收线，排列得像条形码，是巨行星大气层的特征。

光谱学可以揭示一个天体的化学成分及其运动状态。通过测量径向速度，研究人员确定该光源的速度、位置及其与碎片盘的对齐方式与一颗绕绘架座β星运行的天体相匹配。这些证据与遥远的背景恒星或含有一氧化碳的褐矮星都不相符。

在积分场单元成像中出现了一个意外的明亮光源，但我们已经学会不轻易相信图像中的亮斑，加州大学圣地亚哥分校的研究科学家、首次韦伯望远镜观测（该发现即在此观测中获得）的首席研究员让巴蒂斯特吕菲奥表示。这些亮斑可能是仪器伪影，也可能是碎片盘中的其他结构。通过在获取图像的同时获取光谱，我们得以迅速证实自己的怀疑。

通过主任裁量时间申请获得的后续观测使用韦伯望远镜的MIRI（中红外仪器）检测到了甲烷和水蒸气。这些分子进一步证实该天体是行星，并揭示了其大气的更多信息。

新发现的围绕绘架座β运行的第三颗行星——绘架座βd——出现在美国国家航空航天局詹姆斯韦伯太空望远镜近红外光谱仪（NIRSpec）的重建图像中。图片来源：AidanGibbs（加州大学圣地亚哥分校）、JeanBaptisteRuffio（加州大学圣地亚哥分校）；图像处理：AlyssaPagan（空间望远镜科学研究所）

由于这颗行星是通过光谱法被识别出来的，天文学家能够在发现它的同一次观测中就开始研究其大气特性。

光谱包含着惊人数量的信息，鲁菲奥说，你不仅能了解到某个天体是行星，还能立刻开始了解它的温度、化学成分和运动状态。

由爱丁堡大学的本萨特利夫和欧洲南方天文台的马库斯邦斯领导的独立成像分析为这一发现提供了支持。该研究利用欧洲南方天文台甚大望远镜和韦伯望远镜近红外相机（NIRCam）的观测数据，分别独立确认了绘架座βd。

光谱学能穿透碎片

绘架座βd星长期未被发现，因为它位于天文学家观测到的最明亮的debrisdisks之一。

尘埃像雾一样散射恒星的光线，模糊了真实行星与星盘内特征之间的区别。韦伯望远镜的光谱方法通过分离行星大气产生的狭窄分子信号，在很大程度上避开了这种混淆。

这颗行星可能还可以解释该星盘的几个不寻常特征，包括其轮廓清晰的内边界。天文学家此前曾提出，一颗类似绘架座βd的未被观测到的行星可能正在将星盘塑造成观测到的结构。

大气指纹扩大了搜索范围

这一发现不仅为绘架座β系统增添了另一颗行星。它还展示了一种在尘埃或其他结构干扰传统成像的环境中探测系外行星的新策略。

绘架座βd是首个主要通过中等分辨率光谱学直接成像发现的行星。该结果表明，大气特征可以在视觉复杂的系统中发现行星，而无需完全依赖传统的日冕仪成像。

研究人员将继续分析韦伯的数据，以完善对该行星轨道、温度和大气成分的估计。这些测量结果应该能为天文学中最著名的年轻行星系统之一提供更完整的图景。

参考文献10.384720418213ae801b

8063项目的支持由美国国家航空航天局（NASA）通过太空望远镜科学研究所的一项资助提供，该研究所由大学天文研究协会（Inc.）根据NASA合同NAS503127运营。

相关知识

恒星系是由恒星为中心，周围环绕着行星、卫星、小行星、彗星等天体的天体系统。我们所在的太阳系就是典型的恒星系，它以太阳为核心，包含八大行星、众多卫星及各类小天体，这些天体依靠引力相互作用，共同构成一个相对稳定的天体集合体，展现着宇宙中天体系统的基本结构与运行规律。

BY: NASA

FY: AI

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