在年轻恒星周围检测到的不寻常的富含二氧化碳的圆盘挑战了行星形成模型 _恒星

恒星形成区NGC 6357与年轻恒星XUE 10的图像。JWST/MIRI的观测揭示了一个行星形成盘，其光谱清晰地检测到四种不同形式的二氧化碳（CO2），但只有很少的水，为行星形成的化学环境提供了新的见解。来源：斯德哥尔摩大学（SU）和马克斯·普朗克天文学研究所（MPIA）的玛丽亚·克劳迪娅·拉米雷斯·坦努斯。
据斯德哥尔摩大学：斯德哥尔摩大学的Jenny Frediani领导的一项研究揭示了一个具有非常不寻常的化学成分的行星形成盘：在类地行星有朝一日可能形成的地区，二氧化碳（CO2）的丰度出乎意料地高。
利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的这一发现挑战了关于行星出生地化学的长期假设。这项研究发表在《天文学与天体物理学》上。
斯德哥尔摩大学天文学系的博士生Jenny Frediani说：“与大多数附近的行星形成盘不同，在那里，水蒸气主导着内部区域，这个盘的二氧化碳含量惊人地丰富。” 。
“事实上，这个系统中的水资源非常稀缺，几乎无法检测到——这与我们通常观察到的情况形成了鲜明对比。”
一颗新形成的恒星最初深深地嵌入其形成的气体云中，并在其周围形成一个圆盘，在那里可以形成行星。在传统的行星形成模型中，富含水冰的鹅卵石从寒冷的外盘向温暖的内部区域漂移，在那里，温度上升导致冰升华。
这个过程通常会在磁盘的内部区域产生强烈的水蒸气特征。然而，在这种情况下，JWST/MIRI光谱却显示出令人费解的强烈二氧化碳特征。
Frediani解释说：“这对目前的圆盘化学和演化模型提出了挑战，因为相对于水的高二氧化碳水平不能轻易用标准的圆盘演化过程来解释。” 。
斯德哥尔摩大学天文学系的研究员Arjan Bik补充道：“行星形成区如此高丰度的二氧化碳是出乎意料的。这表明，来自主星或邻近大质量恒星的强烈紫外线辐射可能正在重塑星盘的化学性质。”
研究人员还检测到罕见的二氧化碳同位素变体，富含碳-13或氧同位素17O和18O，在JWST数据中清晰可见。这些同位素组学可以为陨石和彗星中发现的不寻常同位素指纹的长期问题提供重要线索，这些陨石和彗星是我们太阳系形成的遗迹。
这个富含二氧化碳的圆盘位于大质量恒星形成区NGC 6357，距离约1.7千秒差距（约53万亿公里）。这一发现是由极限紫外线环境（XUE）合作完成的，该合作专注于强辐射场如何影响磁盘化学。
海德堡马克斯普朗克天文研究所的Maria Claudia Ramirez-Tannus和XUE合作的负责人表示，这是一个令人兴奋的发现。“它揭示了极端辐射环境（在大质量恒星形成区很常见）是如何改变行星的组成部分的。由于大多数恒星和可能大多数行星都是在这样的区域形成的，因此了解这些影响对于掌握行星大气的多样性及其宜居潜力至关重要。”
得益于JWST的MIRI仪器，天文学家现在可以在红外波长上以前所未有的细节观察遥远的尘埃笼罩的圆盘，从而对控制行星形成的物理和化学条件提供关键的见解。
通过将这些强烈的环境与更安静、更孤立的地区进行比较，研究人员正在揭示塑造新兴行星系统的环境多样性。
斯德哥尔摩大学和查尔姆斯大学的天文学家帮助开发了MIRI仪器，这是一种相机和光谱仪，可以观测5微米至28微米的中长波红外辐射。它还有专门用于观测系外行星的日冕仪。