韦伯寻找北落师门的小行星带并发现更多

天文学家使用宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜对附近年轻恒星北落师门周围温暖的尘埃进行成像，以研究在红外光下我们太阳系外观测到的第一条小行星带。但令他们惊讶的是，这些尘埃结构比我们太阳系的小行星和柯伊伯尘埃带复杂得多。总体而言，三个嵌套带从恒星延伸至 140 亿英里(230 亿公里);那是地球与太阳距离的 150 倍。最外层带的规模大约是我们太阳系由海王星以外的小天体和冷尘埃组成的柯伊伯带规模的两倍。韦伯首次展示了前所未见的内部腰带。

腰带环绕着这颗年轻的炽热恒星，用肉眼可以看到它是南双鱼座中最亮的恒星。尘埃带是较大天体碰撞产生的碎片，类似于小行星和彗星，通常被称为“碎片盘”。“我会把北落师门描述为在我们银河系其他地方发现的碎片盘的原型，因为它的成分与我们在我们自己的行星系统中的成分相似，”图森市亚利桑那大学的安德拉斯·加斯帕尔说，他是一篇新论文的主要作者描述这些结果。“通过观察这些环中的图案，我们实际上可以开始勾勒出一个行星系统应该是什么样子的草图——如果我们真的能拍摄足够深的照片来看到可疑的行星。”

哈勃太空望远镜和赫歇尔太空天文台，以及阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 之前已经拍摄了最外层带的清晰图像。然而，他们都没有发现它内部有任何结构。韦伯首次在红外光下解决了内带。“Webb 真正擅长的地方在于，我们能够从物理上解决这些内部区域的灰尘产生的热辉光。所以你可以看到我们以前看不到的内带，”亚利桑那大学团队的另一名成员 Schuyler Wolff 说。

哈勃望远镜、阿尔玛望远镜和韦伯望远镜正在合作，以收集围绕多颗恒星的碎片盘的整体视图。“借助哈勃望远镜和 ALMA，我们能够对一堆柯伊伯带类似物进行成像，并且我们已经了解了大量关于外盘如何形成和演化的信息，”沃尔夫说。“但我们需要韦伯让我们能够在其他地方对十几个小行星带进行成像。我们可以了解这些圆盘的内部温暖区域，就像哈勃和 ALMA 告诉我们外部较冷区域一样多。”

这些带很可能是由看不见的行星产生的引力雕刻而成的。类似地，在我们的太阳系内部，木星包围着小行星带，柯伊伯带的内缘由海王星塑造，外缘可能被小行星带之外尚未被发现的天体所包围。随着韦伯拍摄更多的系统，我们将了解它们行星的配置。

1983 年，宇航局的红外天文卫星 (IRAS) 在观测中发现了北落师门的尘埃环。这个环的存在也可以从以前使用夏威夷莫纳克亚山的亚毫米望远镜、宇航局的斯皮策太空望远镜和加州理工学院的亚毫米天文台进行的更长波长的观测中推断出来。

“北落师门周围的行星带有点像推理小说：行星在哪里?” George Rieke 说，他是韦伯中红外仪器 (MIRI) 的另一位团队成员和科学负责人，他进行了这些观察。“我认为说这颗恒星周围可能有一个非常有趣的行星系统并不是一个很大的飞跃。”

“我们绝对没有想到第二个中间带和更宽的小行星带会出现更复杂的结构，”Wolff 补充道。“这种结构非常令人兴奋，因为每当天文学家看到圆盘中的间隙和环时，他们就会说，‘可能有一颗嵌入的行星在塑造环!’”

韦伯还拍摄了 Gáspár 称之为“大尘埃云”的图像，这可能是两个原行星体外环发生碰撞的证据。这与2008 年哈勃首次在外环内发现的疑似行星不同 。 随后的哈勃观测 表明，到 2014 年，该物体已经消失。一个合理的解释是，这个新发现的特征与之前的特征一样，是由两个相互碰撞的冰体产生的非常细小的尘埃颗粒组成的不断膨胀的云。

围绕恒星的原行星盘的想法可以追溯到 1700 年代后期，当时天文学家伊曼纽尔·康德 (Immanuel Kant) 和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯 (Pierre-Simon Laplace) 独立发展了太阳和行星由旋转的气体云形成的理论，这些气体云由于重力而坍塌并变平。随着行星的形成和系统中原始气体的扩散，碎片盘随后形成。它们表明，像小行星这样的小天体正在发生灾难性的碰撞，并将它们的表面粉碎成巨大的尘埃云和其他碎片。对它们尘埃的观察为了解系外行星系统的结构提供了独特的线索，可以延伸到地球大小的行星甚至小行星，这些行星太小而无法单独看到。

该团队的成果发表在 《自然天文学》杂志上。