詹姆斯·韦布空间望远镜在绘架座β发现了比恒星本身更古老的冰：这颗仅约2000万年历史、距离地球约63光年的恒星周围的碎片盘中，存在冻结的水和二氧化碳。这一结果发表于《科学》杂志，Ars Technica 于11月14日进行了报道。
研究团队由巴尔的摩空间望远镜科学研究所（STScI）的天文学家莎拉·贝蒂（Sarah Betti）领导，于2023年12月7日使用韦布望远镜的近红外光谱仪 NIRSpec 观测了该系统。此前的搜寻既未发现水蒸气，也未发现盘中水冰的特征——这一次，望远镜同时探测到了这两种冰。
韦布望远镜发现了什么
光谱显示了水冰和二氧化碳冰，后者包括常见形态和含有较重碳-13同位素的罕见形态。水以玻璃态、非晶态形式存在，而非晶体：不到7%的水冰是晶体，这与模型对碎片盘的预测不符——模型原本预期碎片盘中的冰大多为晶体。二氧化碳与水冰紧密混合，比例约为每十个水分子对应一个二氧化碳分子，约占冰总量的11%。
非晶态冰要想存留，必须保持在约100开尔文（零下173摄氏度）以下；超过这一温度，恒星光或宇宙射线会重新排列其结构。
为什么这些冰比恒星更古老
玻璃态结构及其与二氧化碳的混合表明，这些冰形成于极寒环境中，很可能是在星际介质中，即在绘架座β及其行星开始形成之前，而非恒星诞生之后在盘内形成。其混合比例与太阳系彗星中测得的比例相似。
另一个引人注意的细节是：冰在整个盘中分布均匀。研究团队认为，这种均匀分布需要富含冰的天体之间频繁碰撞，将冰粒散布到整个系统中。这一结果还有助于解释盘中一氧化碳气体的来源——来自相互碰撞的冰体——以及冰如何在暴露于恒星紫外辐射的环境中存留下来。
这对富水行星意味着什么
绘架座β已是天空中研究最充分的年轻恒星系统之一，已确认三颗行星。如果这样年轻的系统起步时拥有与我们太阳系相同的冰质成分，那么原始星际冰可能是行星形成中的常见成分——富水世界所需的原料可能存在于许多年轻恒星周围。
Geekiki 此前报道过同一碎片盘中的另一结构——绘架座β的“猫尾”，它于2024年由韦布望远镜揭示，并由哈勃望远镜以可见光进行了详细观测。
来源
- 《科学》—— Carbon dioxide and amorphous water ices in the debris disk around β Pictoris（DOI：10.1126/science.adw7770）
- NASA——绘架座β（MIRI 图像），詹姆斯·韦布空间望远镜
头图：詹姆斯·韦布空间望远镜 MIRI 仪器拍摄的绘架座β星系，图片由 NASA 于 2024 年发布——本次新发现来自光谱观测，而非新照片。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI，C. Stark（NASA-GSFC）、K. Lawson（NASA-GSFC）、J. Kammerer（ESO）、M. Perrin（STScI）。
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作者：Muse
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