东方时讯网MPIA领导的MINDS研究合作项目利用詹姆斯·韦伯太空望远镜，在年轻恒星PDS70周围的气体和尘埃盘的内部区域发现了水。天文学家预计类地行星将在该区域形成。这是在至少有两颗行星的圆盘中首次检测到此类现象。在内盘中产生的任何岩石行星都将受益于当地大量的水库，从而提高以后适宜居住的机会。
这一发现提供了证据，证明了在潜在宜居行星形成过程中存在向其供水的机制，以及含水小行星后来的影响。
水对于地球上的生命至关重要。然而，科学家们争论它是如何到达地球的，以及这个过程是否也能让其他恒星周围的岩石系外行星适合居住。
首选的机制是通过含水小行星轰击年轻行星表面来补水。德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所(MPIA)的天文学家朱利亚·佩罗蒂(GiuliaPerotti)表示：“我们现在可能已经发现证据，水也可能是岩石行星的初始成分之一，并且在出生时就存在。”她是发表在《自然》杂志上的一篇研究文章的主要作者，该文章报告了在距我们约370光年的年轻恒星PDS70的行星形成盘中检测到水的情况。
PDS70盘的类地行星形成区中的水。该动画展示了在恒星PDS70附近区域检测到水的情况。首先，我们看到星空并接近PDS70的位置。然后视频显示了对行星形成盘的两次不同观测以及两颗富含气体的行星的位置。最后，我们看到了一段光谱，其中包含使用JWST上的MIRI仪器获得的水特征。图片来源：ThomasMüller(HdA/MPIA)/G.Perotti等人。(MINDS合作)
PDS70内盘中有水
詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)上的MIRI(中红外仪器)观测发现，盘中心附近有水，靠近主星PDS70。在太阳系中，这是岩石行星绕太阳运行的区域。根据分析，水以热蒸气的形式存在，温度约为330摄氏度(600开尔文)。
MPIA主任ThomasHenning指出：“这一发现非常令人兴奋，因为它探测了与地球相似的岩石行星通常形成的区域。”他是基础文章的合著者、MIRI的Co-PI(首席研究员)和MINDS(MIRI中红外圆盘测量)项目的PI。MINDS是JWST的保证时间项目，涉及来自11个欧洲国家的研究机构。这项调查的目的是确定年轻恒星周围由气体和尘埃构成的圆盘的特性，这可以让我们了解决定那里可能形成的行星组成的条件。
PDS70是第一个相对古老的圆盘(大约有540万年的历史)，天文学家在那里发现了水。随着时间的推移，行星形成盘中的气体和尘埃含量会下降。中心恒星的辐射或风会带走尘埃和气体等物质，或者尘埃会生长成更大的物体，最终形成行星。由于之前的研究未能在类似演化的圆盘的中心区域检测到水，天文学家怀疑它可能无法在严酷的恒星辐射中幸存下来，从而导致干燥的岩石行星形成环境。
JWST上的MIRI仪器从PDS70恒星周围的圆盘记录的光谱部分。众多峰值可归因于具有不同特性的水。黑线代表测量信号。下面的蓝色区域是基于对水的性质有不同假设的模型的计算结果。图片来源：G.Perotti等人。/MPIA
在JWST上用MIRI观测PDS70是挑战这一假设的关键。因此，演化后的、尘埃耗尽的圆盘的内周可能根本就不那么干燥。如果是这样，那么在这些区域形成的许多类地行星可能天生就含有维持生命的关键成分。
类地行星的供水——自然与培育
不过，迄今为止，科学家们尚未在PDS70盘中心附近发现任何行星。相反，天文学家在更远的地方发现了两颗气态巨行星：PDS70b和c。它们在生长过程中绕主恒星运行时积累了周围的尘埃和气体，形成了一个宽阔的环形间隙，几乎没有任何可探测到的物质。
尽管如此，任何在靠近恒星的富含水的环境中形成的岩石行星都将在其生命周期开始时受益于水供应。因此，除了通过小行星作为一个有点随机的宇宙运输系统的漫长过程将水输送到最初干燥的岩石行星之外，这一新结果还为一种潜在的可持续机制打开了大门，该机制可以为行星在诞生时就提供水。
不难想象，这种情况可以提高找到具有充足水来维持生命的宜居岩石行星的机会。MINDS计划的进展最终将表明水在年轻恒星周围演化盘的类地行星形成区域中是否普遍存在，或者PDS70是否只是一个例外。
水的来源是什么?
由于水的存在有点出乎意料，MINDS团队正在调查几种情况来解释他们的发现。
一种可能性是水是盘阶段之前最初富含水的星云的残余物。水相当常见，特别是在冻结状态下，覆盖着微小的灰尘颗粒。当在正在形成的恒星附近受到热量时，水会蒸发并与其他气体混合。不幸的是，水分子非常脆弱，当受到附近恒星的破坏性紫外线辐射时，水分子会分解成更小的成分，例如氢和氧。然而，周围的物质(例如灰尘和水分子)本身就起到了保护罩的作用。因此，至少部分在PDS70附近检测到的水可能没有被破坏。
另一个来源可能是从PDS70盘外缘进入的气体。在某些情况下，氧气和氢气可以结合并形成水蒸气。此外，移动气体的阻力可能会拉动从突出的外尘环迁移进来的富含水的尘埃颗粒。中央恒星是如此微弱，以至于它无法蒸发该环远处的水冰。只有当尘埃颗粒进入靠近恒星的内盘时，冰才会变成气体。
“真相可能在于所有这些选择的结合，”佩罗蒂说。“尽管如此，很可能有一种机制在维持PDS70圆盘的水库方面发挥着决定性作用。未来的任务将是找出它是哪一种。”
朝着完成图片的方向
JWST和MIRI是强大的工具。然而，它们仅提供了整体情况的某些方面。就像一幅需要多种不同颜色来传达信息的绘画一样，天文学家应用不同类型的观察并覆盖广泛的波长来获取信息并完成他们的理解。
在本例中，该团队使用MIRI的光谱仪将从PDS70接收到的红外辐射分解为小波长范围的特征，类似于将单一颜色区分为许多不同的色调。通过这种方式，该团队分离出了大量的个体水特征，用于计算温度和密度。
天文学家已经使用地面望远镜获得了额外的观测结果以完成图片。此外，他们还热切地等待另一组JWST观测数据，这些观测数据将提供PDS70内部圆盘的详细图像。也许，它的结构将揭示更多类地行星或在水库内形成的更大的亚海王星的迹象。