天文学家发现了气体流动的新细节，这些气体流动会雕刻形成行星的圆盘并随着时间的推移塑造它们，从而让我们得以一窥我们自己的太阳系可能是如何形成的。
天文学家使用 NASA 的 詹姆斯韦伯太空望远镜 以前所未有的细节观察到了原行星盘中的盘风，为恒星和行星系统的形成提供了线索。这些发现可能代表了数十亿年前塑造我们太阳系的力量，突出了吸积和角动量损失等关键过程，这些过程对年轻恒星和行星的演化至关重要。
恒星形成和行星系统
每秒，有超过 3,000 颗恒星在可见宇宙中诞生。许多行星被天文学家所说的原行星盘所包围——一个由热气体和尘埃组成的漩涡状「煎饼」，是行星的诞生地。然而，驱动恒星和行星系统形成的确切机制仍然难以捉摸。
由亚利桑那大学研究人员领导的天文学家团队利用 NASA 的詹姆斯韦伯太空望远镜 捕捉了一些迄今为止对塑造这些原行星盘的力量的最详细的见解。他们的观察为了解 46 亿年前太阳系的外观提供了一个窗口。
洞察原行星盘动力学
具体来说，该团队能够以前所未有的细节追踪所谓的盘风。这些风是从行星形成盘吹向太空的气体流。这些风主要由磁场提供动力，可以在一秒钟内传播数十英里。研究人员的研究结果于 10 月 4 日发表在【 自然天文学】（Nature Astronomy ） 杂志上，有助于天文学家更好地了解年轻的行星系统是如何形成和演变的。
根据该论文的主要作者、U of A 月球和行星实验室教授 Ilaria Pascucci 的说法， 原行星盘 中最重要的过程之一是恒星吃掉其周围盘中的物质，这被称为吸积。
「恒星如何吸积质量对周围盘如何随时间演变有很大影响，包括行星后来的形成方式，」帕斯库奇说。「这种情况发生的具体方式尚不清楚，但我们认为磁场驱动的大部分盘表面的风可能发挥非常重要的作用。」
论文中描述的光源之一 （Hp0） 的合成 RGB 图像首次显示了具有多个示踪剂的盘式风的嵌套形态：Fe[II] 发射（蓝色）追踪最快和最准直的分量（喷流）。Fe[II] 发射嵌套在较低速度的氢发射（绿色）中，而该发射本身嵌套在更慢的一氧化碳 （J=2-1） 发射（红色）中。Fe[II] 和氢发射是使用 JWST/NIRSpec 获得的，而一氧化碳发射是之前通过 ALMA（阿塔卡马大型毫米波阵列）观察到的。图片来源：Ilaria Pascucci 等人。
了解吸积和角动量
年轻恒星是通过从周围旋转的盘中吸入气体来生长的，但为了实现这一点，气体必须首先摆脱一些惯性。否则，气体将始终围绕恒星运行，永远不会落到恒星上。天体物理学家将这个过程称为「失去角动量」，但事实证明，具体如何发生一直难以捉摸。
为了更好地了解角动量在原行星盘中的工作原理，想象一个冰上的花样滑冰运动员会有所帮助：将手臂放在身体旁边会让她旋转得更快，而伸展手臂会减慢她的旋转速度。因为她的质量没有变化，所以角动量保持不变。
要发生吸积，穿过圆盘的气体必须释放角动量，但天体物理学家很难就这究竟是如何发生的达成一致。近年来，盘风已成为从盘表面带走一些气体的重要参与者——随之而来的是角动量——这使得剩余的气体能够向内移动并最终落到恒星上。
詹姆斯韦伯太空望远镜于 2021 年发射，旨在超越哈勃望远镜，具有先进的红外功能和直径为 6.5 米的主镜。JWST 位于拉格朗日的第二个点，使天文学家能够窥探宇宙最早的时代，探索天体和系外行星大气层的形成。图片来源：NASA 戈达德太空飞行中心
使用詹姆斯韦伯太空望远镜进行高级观测
根据该论文的第二作者、 美国宇航局 太空望远镜科学研究所 的特雷西·贝克 （Tracy Beck） 的说法，因为还有其他过程正在塑造原行星盘，所以能够区分不同的现象至关重要。
虽然盘内边缘的物质被恒星的磁场以所谓的 X 风推出，但盘的外部被强烈的星光侵蚀，导致所谓的热风，其吹速要慢得多。
「为了区分磁场驱动的风、热风和 X 风，我们确实需要 JWST（詹姆斯韦伯太空望远镜）的高灵敏度和分辨率，」贝克说。
与狭焦的 X 风不同，本研究中观察到的风来自一个更广泛的区域，其中包括我们太阳系的内部岩石行星——大致在地球和 火星 之间。这些风也比热风在圆盘上方延伸得更远，达到地球和太阳之间距离的数百倍。
「我们的观测强烈表明，我们已经获得了第一批风的图像，这些图像可以消除角动量并解决恒星和行星系统如何形成的长期问题，」帕斯库奇说。
未来的研究方向和启示
在他们的研究中，研究人员选择了四个原行星盘系统，从地球上看时，它们都呈侧面显示。
「它们的方向使盘中的尘埃和气体起到了掩模的作用，阻挡了部分明亮的中心恒星的光线，否则这些光会压倒风，」月球与行星实验室（Lunar and Planetary Laboratory）的研究生纳曼·巴贾吉（Naman Bajaj）说，他为这项研究做出了贡献。
通过将 JWST 的探测器调整为处于某些转变状态的不同分子，该团队能够追踪风的各个层次。观测结果揭示了一个复杂的三维结构，它位于一个锥形的风包层中，风的圆锥形包络起源于逐渐变大的圆盘距离，类似于洋葱的分层结构。据研究人员称，一个重要的新发现是一致地检测到视锥体内有一个明显的中心孔，这是由四个盘中每个盘中的分子风形成的。
接下来，帕斯库奇的团队希望将这些观测扩展到更多的原行星盘，以更好地了解观察到的盘状风结构在宇宙中的常见程度以及它们如何随着时间的推移而演变。
「我们相信它们可能很常见，但有四个天体，有点难以说，」帕斯库奇说。「我们想用詹姆斯·韦伯 （James Webb） 获得更大的样本，然后看看我们是否能在恒星聚集和行星形成时检测到这些风的变化。」
