詹姆士-韋伯太空望遠鏡（JWST）是一台超級望遠鏡，於2021年12月成功發射升空，它可以觀測到從可見光到中紅外波段的電磁放射線，為我們探索宇宙的奧秘提供了新的視角。最近，JWST的一項觀測結果揭示了大品質恒星與行星系統形成之間復雜的交互作用，為解決一個長期存在的天文難題提供了突破性的見解。這一發現來自於一項由法國國家科學研究中心（CNRS）科學家參與的國際合作，他們的目標是獵戶座星雲中一個名為d203-506的原行星盤，以及它對附近大品質恒星紫外線放射線的敏感性。
原行星盤與行星系統
行星系統，包括我們的太陽系，被認為是由圍繞年輕恒星的塵埃和瓦斯原行星盤形成的。這些星盤為行星的誕生提供了基本材料。然而，大品質恒星的存在和影響–這些恒星的品質大約是太陽的 10 倍，亮度是太陽的 10 萬倍–在決定這些新生行星系統的命運方面起著關鍵作用。大品質恒星發出的強烈紫外線（UV）放射線既可以促進行星的形成，也可以透過分散星盤物質而完全阻止行星的形成。這就是天文學家所說的「光子驅動的星盤分散」現象。
獵戶座星雲中的一個特殊案例
獵戶座星雲是距離地球最近的恒星形成區域之一，它包含了大量的年輕恒星和原行星盤，是天文學家研究恒星和行星形成的理想場所。在獵戶座星雲中，有一個特殊的原行星盤，名為d203-506，它位於一顆大品質恒星的附近，受到了它的紫外線放射線的強烈影響。這個原行星盤的特點是它的尺寸非常大，直徑約為 1000 天文單位（1 天文單位等於地球到太陽的平均距離，約為 1.5 億公裏），而一般的原行星盤的直徑只有幾十到幾百天文單位。這個原行星盤的品質也很大，約為太陽的 0.1 倍，而一般的原行星盤的品質只有太陽的 0.01 倍。這個原行星盤的形狀也很奇特，它呈現出一個彎曲的環狀結構，而不是一個對稱的圓盤結構。這些特征都表明，這個原行星盤正在經歷一個劇烈的演化過程，可能與它所處的放射線環境有關。
JWST的突破性觀測
為了探究這個原行星盤的奧秘，一組國際科學家利用 JWST 和阿塔卡馬大型公釐波陣列（ALMA）的近紅外和亞公釐波測量數據對 d203-506 進行了觀測。他們發現，這個原行星盤正在以顯著的速度損失品質，每年約為太陽的 0.0001 倍。這種品質損失的主要原因是由於大品質恒星發出的遠紫外光（FUV）驅動的光蒸發–在這一過程中，圓盤上層被加熱到瓦斯被排出的程度，從而導致品質損失。這是首次直接觀測到 FUV 驅動光蒸發的證據，也是首次測量到原行星盤的品質損失速率。這種現象尤其不利於氣態巨行星的形成，因為它會在這些行星完全形成之前帶走盤中的瓦斯。研究人員估計，這個原行星盤可能在一百萬年內就沒有瓦斯了，從而嚴重限制了該系統內形成瓦斯巨行星的可能性。
對行星系統形成的啟示
這些發現強調了大品質恒星在塑造行星系統發展環境中的關鍵作用。這項研究還提供了一個令人信服的例子，說明我們的太陽系（據信是在包含一顆或多顆大品質恒星的星團中形成的）是如何受到類似的紫外放射線過程的影響的。事實上，我們的太陽系中的某些特征，如水星的小尺寸，火星的低密度，小行星帶的存在，以及太陽系外圍的古柏帶，都可能與太陽系早期的放射線環境有關。透過闡明原行星盤的動力學和恒星放射線的巨大影響，這些研究為行星系統的形成提供了寶貴的視角。它們不僅增進了我們對宇宙復雜性的了解，還為未來探索恒星和行星形成的奧秘鋪平了道路。
