詹姆斯韦布望远镜发现著名恒星系统隐藏巨行星

这幅艺术家概念图展示了绘架座β系统，右侧是已发现的巨型系外行星绘架座βd。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）

韦伯望远镜通过一个明亮的碎片盘探测其大气化学成分，从而发现了一颗隐藏的巨行星。

多年来，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是银河系中观测最密切的行星系统之一。美国国家航空航天局的詹姆斯韦布空间望远镜通过探测其大气中的分子，现已发现了这颗隐藏的星球。

这颗年轻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）和绘架座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。与它的两颗同伴不同，这颗新行星最初是通过其大气化学特征而非清晰光点被识别的，这展示了一种寻找其他难以观测的行星的潜在有效方法。

这一发现为这个本就引人入胜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，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，现在我们又发现了一颗行星，帮助我们讲述这个故事。

第三个巨头重塑了该体系

绘架座β星距离地球63光年，约有2300万年历史。它相对年轻的年龄和较近的距离让天文学家能够研究新形成的行星如何与该星系形成时遗留的尘埃和碎片盘相互作用。

研究人员使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。图片来源：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，这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天文单位，与太阳系中海王星的位置相似。它在三颗行星中轨道最宽，但仍处于碎片盘的内部边界之内。

一种化学条形码揭示了地球

研究人员起初并未打算寻找另一颗行星。他们当时正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，这时绘架座βd的存在证据出现了。这次观测依赖于NIRSpec的积分场单元，该单元在记录图像的同时收集每个像素的光谱。

我们不是在寻找一颗新行星，吉布斯说。我们当时正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。

在尘埃反射光本应产生平滑光谱的地方，研究人员却看到了重复的峰和谷。这种模式来自一氧化碳吸收线，其排列像条形码，是巨行星大气层的特征。

光谱学可以揭示物体的化学成分及其运动状态。通过测量径向速度，研究人员确定该源的速度、位置以及与碎片盘的排列方式与环绕绘架座β运行的物体相匹配。这些证据不符合遥远的背景恒星或含有一氧化碳的褐矮星的情况。

加州大学圣地亚哥分校的研究科学家、韦伯望远镜首批观测（该发现即在此观测中取得）的首席研究员让巴蒂斯特鲁菲奥表示：在积分视场单元成像中出现了一个意外的明亮光源，但我们知道不能轻信图像中的亮斑。它们可能是仪器伪影，也可能是碎片盘里的其他结构。通过在成像的同时获取光谱，我们得以迅速证实了我们的怀疑。

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

在NASA詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）重建图像中，可以看到环绕绘架座β运行的新发现的第三颗行星——绘架座βd。图片来源：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）；图像处理：艾莉莎帕甘（空间望远镜科学研究所）

因为这颗行星是通过光谱法识别出来的，所以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。

光谱包含着惊人的信息量，鲁菲奥说，你不仅能知道某个物体是行星，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一项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的近红外相机（NIRCam）的观测数据，单独确认了绘架座βd行星的存在。

光谱学可穿透碎片

绘架座d星长期未被发现，因为它位于天文学家观测到的最明亮的碎片盘之一中。

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窄分子信号，在很大程度上避开了这种混淆。

这颗行星或许还能解释该星盘的几个不寻常特征，包括其清晰界定的内边界。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，大气指纹可在视觉复杂的系统中发现行星，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望远镜的数据，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更全面地呈现天文学中最著名的年轻行星系统之一的全貌。

参考文献10.384720418213ae801b

8063项目的支持由美国国家航空航天局（NASA）通过空间望远镜科学研究所的一项拨款提供，该研究所由美国大学天文研究协会根据NASA合同NAS503127运营。

相关知识

詹姆斯韦布空间望远镜是由美国航空航天局、欧洲空间局和加拿大空间局联合研制的红外天文望远镜，于2021年12月发射升空，运行在日地拉格朗日L2点。它的主要任务是观测宇宙早期形成的星系、恒星及行星系统，探索宇宙起源与生命演化的奥秘，是人类探索深空的重要工具。

BY: NASA

FY: AI

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处