环绕 25 光年外恒星的小行星带暗示存在一颗隐藏行星

我们的小行星带拥有超过一百万颗太空岩石，大小不一，从矮行星到漂浮在木星和火星之间的尘埃颗粒。天文学家刚刚发现了另一条这样的小行星带——但这条小行星带围绕的是另一颗恒星，而不是我们的太阳。

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 探测到了围绕北落师门恒星的这条小行星带，距离我们仅 25 光年。多年来，科学家一直在研究北落师门的碎屑盘，这是行星形成过程中发生的所有碰撞产生的岩石、冰和尘埃碎片的集合。今天发表在《自然天文学》杂志上的这项新数据以前所未有的细节展示了该系统，揭示了隐藏世界的痕迹和行星碰撞的证据。

多年来，许多望远镜都瞄准了北落师门：斯皮策太空望远镜、位于智利高地沙漠的阿塔卡马大型毫米波阵列 (ALMA)，甚至哈勃太空望远镜。北落师门比我们的太阳年轻得多，可能与我们刚诞生时的太阳系非常相似；由于天文学家无法回到太阳形成时，他们转而观察其他年轻恒星，并利用这些仍在形成的行星系统作为行星形成过程的例子。

北落师门对天文学家来说是一个有吸引力的选择，因为它距离我们很近，这意味着天文学家更容易注意到细节。“这个系统绝对是我们最想用詹姆斯韦伯望远镜观测的第一批系统之一，”美国宇航局喷气推进实验室的研究科学家、论文合著者玛丽·伊古夫说。

在詹姆斯·韦伯望远镜之前，其他观测显示北落师门周围有一圈尘埃，类似于我们太阳系的柯伊伯带，其中包含海王星以外的所有小块冰和岩石。美国宇航局最高级太空望远镜的新数据不仅发现了这个外环，还发现了一个更类似于小行星带的内环。还有第三个特征——一个巨大的尘埃团，被亲切地称为大尘云。

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北落师门外的柯伊伯带状环和内的小行星带状环之间有一个空隙。“我们看到的新空隙暗示着存在一颗冰巨行星，它与我们在太阳系中看到的类似”，就像海王星或天王星一样，该研究的主要作者、亚利桑那大学天文学家 András Gáspár 说道。这颗看不见的行星可能通过引力“开辟出空隙”，亚利桑那州天文学家兼合著者 Schuyler Wolff 解释说。

北落师门的小行星带有一个奇怪的倾斜，看起来与外环的角度不同，好像有什么东西把它撞倒了。事实上，研究人员说，撞击可能解释了这种错位——一次大的碰撞可能会使小行星带倾斜，从而产生巨大的尘埃云。

北落师门的所有迹象“都表明太阳系是一个生机勃勃、充满活力的太阳系，其中充满了相互碰撞的岩石体，”论文合著者乔纳森·阿吉拉尔 (Jonathan Aguilar) 说，他是詹姆斯·韦伯太空望远镜任务控制中心所在地太空望远镜科学研究所的研究员。

JWST 是拍摄北落师门尘埃照片的唯一合适人选。尘埃在中红外波段发出最亮的光，这是大多数其他天文台无法探测到的长波长。此外，还需要一台特别强大的望远镜来解析足够的细节——而 JWST 是唯一一台同时具备这两种特性的望远镜。这台太空望远镜的中红外仪器 (MIRI) 还配备了日冕仪，这是一个小点，可以遮挡住一颗明亮的恒星并显示周围的尘埃。

“中红外波长对于碎屑盘观测非常重要，因为在那里可以观察到尘埃的排放，而尘埃的分布可以告诉你很多有关正在发生的事情的信息，”阿吉拉尔说。他补充说，北落师门的新视图“展示了詹姆斯韦伯太空望远镜和米里望远镜在投入运行仅一年后就已具备的科学实力”。

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看看我们的太阳系在婴儿期的样子确实很有趣——但北落师门并不是它的完全克隆。北落师门的柯伊伯带和小行星带的复制品比我们太阳系中的那些特征更加分散，包含更多的物质。尽管北落师门比我们现在的太阳系有更多的运动和撞击，但我们的行星在遥远的过去也有一个类似的阶段，被称为后期重轰炸期。天文学家希望詹姆斯·韦伯太空望远镜看到的碎片盘能帮助他们弄清楚太阳系是如何诞生的，以及它们是如何成长为与我们自己的行星群相似的。

“我们正处于未知领域的前沿，我特别期待看到詹姆斯·韦伯太空望远镜对行星形成盘的发现，”密歇根大学天文学家珍妮·卡拉汉说，她没有参与这项新发现。“看着这些詹姆斯·韦伯太空望远镜的图像，我想起了我第一次戴上眼镜的那一刻，”卡拉汉补充道。“当世界（或碎片盘）以你不习惯的水平进入你的视野时，你的整个视角都会改变。”