韦布望远镜首次确认系外恒星系统存在水冰，距地球155光年

IT之家 5 月 15 日消息，天文学家一直推测，在太阳系之外的其他恒星系统中可能存在水冰（frozen water），部分原因是此前已探测到水的气态形式 —— 水蒸气，并且水在我们太阳系中也存在。如今，这一推测得到了明确的证据支持。

据美国宇航局（NASA）官网最新消息，研究人员利用 NASA 詹姆斯?韦布空间望远镜提供的详细光谱数据，确认了一颗距离地球 155 光年的类太阳恒星周围环绕的尘埃碎片盘中存在结晶水冰。2008 年，NASA 退役的斯皮策空间望远镜获得的数据就曾暗示该系统可能存在水冰。

“韦布望远镜明确探测到的不仅仅是水冰，而是结晶水冰，这种物质在我们太阳系的土星环以及柯伊伯带的冰冻天体中也有发现。”该研究论文的第一作者、马里兰州巴尔的摩市约翰?霍普金斯大学助理研究科学家谢晨（Chen Xie，音译）表示。

韦布望远镜探测到的所有水冰都与碎片盘中的细小尘埃颗粒结合在一起，就像一个个微小的“脏雪球”。这一研究成果于周三发表在《自然》杂志上。

据IT之家了解，天文学家们已经等待这类明确的数据长达数十年之久。“25 年前我还在读研究生时，我的导师就告诉我碎片盘中应该存在冰，但在韦布望远镜出现之前，我们没有足够灵敏的仪器来进行这些观测。”该研究的共同作者、巴尔的摩市空间望远镜科学研究所的副天文学家克里斯汀?陈（Christine Chen）表示，“最令人惊讶的是，这些数据与望远镜最近对我们太阳系柯伊伯带天体的观测结果非常相似。”

水冰是围绕年轻恒星的圆盘中的关键成分，对巨行星的形成有着重大影响，并且可能通过彗星和小行星等小天体被输送到已经形成的岩质行星上。如今研究人员利用韦布望远镜探测到了水冰，这为所有研究人员开启了一扇大门，让他们能够以新的方式研究这些过程在许多其他行星系统中是如何发生的。

这颗被编号为 HD 181327 的恒星比我们的太阳年轻得多，其年龄估计为 2300 万年，而太阳的年龄则为 46 亿年。该恒星的质量略大于太阳，温度也更高，这导致其周围形成了一个略大的星系。

韦布望远镜的观测结果证实了恒星与碎片盘之间存在一个明显的空隙，这是一个没有尘埃的广阔区域。在更远的地方，其碎片盘类似于我们太阳系的柯伊伯带，那里有矮行星、彗星以及其他冰和岩石碎片（它们有时会相互碰撞）。数十亿年前，我们的柯伊伯带可能与这颗恒星的碎片盘非常相似。

“HD 181327 是一个非常活跃的系统。”陈说，“在其碎片盘中，碰撞事件频繁且持续发生。当这些冰冻天体相互碰撞时，会释放出细小的含水冰尘埃颗粒，这些颗粒的大小正好适合韦布望远镜进行探测。”

水冰在这个系统中并不是均匀分布的。大部分水冰都集中在最寒冷、距离恒星最远的地方。“碎片盘的外侧区域含有超过 20% 的水冰。”谢晨说。

研究人员越靠近恒星，发现的水冰就越少。在碎片盘的中部，韦布望远镜探测到的水冰含量约为 8%。在这里，冰冻水颗粒的产生速度可能略高于其被破坏的速度。而在碎片盘最靠近恒星的区域，韦布望远镜几乎没有探测到水冰。这可能是由于恒星的紫外线使最近的水冰颗粒蒸发，也有可能是被称为“星子”的岩石将冰冻水“锁”在它们的内部，而韦布望远镜无法探测到。

该团队以及更多研究人员将继续在银河系的碎片盘和正在形成行星的系统中寻找并研究水冰。“水冰的存在有助于促进行星的形成。”谢晨说，“这些冰冻物质最终可能会被输送到在类似这样的系统中形成岩质行星上，这一过程可能需要数亿年。”

研究人员利用韦布望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）对 HD 181327 进行了观测，该仪器对极微弱的尘埃颗粒极为敏感，这些颗粒只能从太空进行探测。