韦布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探测其大气化学特性，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伯太空望远镜如今通过探测其大气中的分子发现了这个隐藏的世界。

这颗年轻恒星已被证实拥有绘架座βb和绘架座βc——其中绘架座βb是最早通过直接成像捕获的系外行星之一。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。与另外两颗行星不同，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，这为寻找其他难以观测的行星提供了一种潜在的有效方法。

这一发现为这个本就令人着迷的行星系统又添了一块拼图，艾丹吉布斯说，他是发表在《天体物理学期刊通讯》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，现在我们又发现了一颗行星，帮助我们讲述这个故事。

第三巨头重塑体系

绘架座β星距离地球63光年，年龄约为2300万年。它相对年轻且距离较近，让天文学家能够研究新形成的行星如何与该系统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，他们发现了一颗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，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，但仍位于碎片盘的内边界之内。

一种化学条形码揭示了地球

研究者们最初并非为了寻找另一颗行星。他们使用韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）研究绘架座βb的大气时，发现了绘架座βd存在的证据。这项观测依赖于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。

吉布斯说：我们当时并不是在寻找一颗新行星，而是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，它们排列得像条形码，是巨行星大气层的特征。

光谱学可以揭示物体的化学成分和运动状态。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对齐情况与环绕绘架座β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。

在积分场单元成像中出现了一个意外的明亮光源，但我们已经学会了不要相信图像中的亮斑，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的首席研究员让巴蒂斯特鲁菲奥说。它们可能是仪器伪影或碎片盘中的其他结构。通过在成像的同时获取光谱，我们能够迅速证实我们的怀疑。

通过主任自由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了该天体是一颗行星，并揭示了其大气的更多信息。

环绕绘架座β的第三颗已发现行星——绘架座βd，在NASA詹姆斯韦伯太空望远镜近红外光谱仪（NIRSpec）的重建图像中被观测到。图片来源：加州大学圣地亚哥分校的艾丹吉布斯、让巴蒂斯特吕菲奥；图像处理：空间望远镜科学研究所的艾莉莎帕甘

因为这颗行星是通过光谱法识别出来的，所以天文学家可以在发现它的同一次观测中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。

光谱学能穿透碎片

β绘架座d行星之所以长期未被发现，是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，模糊了真实行星和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。

这颗行星或许还能解释该星盘的一些不寻常特征，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其观测到的结构。

大气指纹拓展了搜索范围

这项发现不仅仅是在绘架座β系统中增加了一颗行星。它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，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）通过太空望远镜科学研究所的资助提供，该研究所由美国大学天文研究协会（Inc.）根据NASA合同NAS503127运营。

相关知识

恒星系是以恒星为中心，周围环绕着行星、卫星、小行星、彗星等天体的天体系统，这些天体受恒星引力束缚，沿一定轨道运行。太阳系是典型的恒星系，包含太阳及八大行星、众多小天体等，是宇宙中普遍存在的天体组合形式之一。

BY: NASA

FY: AI

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