詹姆斯·韦伯太空望远镜寻找北落师门的小行星带，并发现了更多
这张围绕着年轻恒星北落师门的尘埃碎片盘的图像来自韦伯的中红外仪器（MIRI）。它揭示了从恒星向外延伸140亿英里（230亿公里）的三个嵌套带。韦伯首次揭示了以前从未见过的内部带。
影像来源：NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona). 影像处理：A. Pagan (STScI)
天文学家利用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄了附近年轻恒星北落师门周围的温暖尘埃，以研究有史以来第一个在红外光中在太阳系外看到的小行星带。但令他们惊讶的是，这些尘埃结构比太阳系的小行星和柯伊伯尘埃带要复杂得多。总的来说，有三条嵌套带延伸到距离恒星140亿英里（230亿公里）的地方；这是地球到太阳距离的150倍。最外层带的规模大约是太阳系柯伊伯带的两倍，柯伊伯带由海王星外的小天体和冷尘埃组成。韦伯首次揭示了以前从未见过的内部带。
这张围绕着年轻恒星北落师门的尘埃碎片盘的图像来自韦伯的中红外仪器（MIRI）。它揭示了从恒星向外延伸140亿英里（230亿公里）的三个嵌套带。韦伯首次发现了以前从未见过的内部带。左侧的标签表示各个特征。在右边，一个巨大的尘埃云被突出显示，并以两种红外波长（23和25.5微米）显示出来。
影像来源：NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona). 影像处理：A. Pagan (STScI)
这些带环绕着这颗年轻的炙热恒星，肉眼可以看到它是南天星座南鱼座最亮的恒星。尘埃带是类似于小行星和彗星的较大天体碰撞产生的碎片，通常被称为“碎片盘”。“我会把北落师门描述为在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自己的行星系统中的成分相似。”图森亚利桑那大学的安德拉斯·加斯帕说，他是一篇描述这些结果的新论文的主要作者。“通过观察这些环中的图案，我们实际上可以开始绘制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到足够深的照片来看到疑似行星的话。”
哈勃太空望远镜和赫歇尔太空天文台，以及阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA），此前都拍摄过最外层带的清晰图像。然而，他们都没有发现任何内部结构。韦伯第一次在红外光中解析出了内部带。亚利桑那大学团队的另一名成员斯凯勒·沃尔夫说：“韦布真正擅长的是，我们能够从物理上解决这些内部区域尘埃产生的热辐射。所以你可以看到我们以前从未见过的内部带。”
哈勃、ALMA和韦布正在合作，对一些恒星周围的碎片盘进行整体观察。“通过哈勃和ALMA，我们能够对一堆柯伊伯带类似物进行成像，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。“但我们需要韦伯允许我们拍摄其他地方的十几个小行星带。我们可以像哈勃和ALMA教给我们的关于较冷的外部区域的知识一样，了解这些碎片盘的内部温暖区域。”
这些带很可能是由看不见的行星产生的引力塑造而成。同样，在我们的太阳系内部，木星包围着小行星带，柯伊伯带的内缘是由海王星所塑造，而外缘可能是由尚未见过的天体所引导。随着韦伯拍摄到更多的星系，我们将了解它们的行星结构。
北落师门的尘埃环是在1983年由NASA的红外天文卫星（IRAS）观测发现。这个环的存在也已经从之前在夏威夷莫纳克亚山的亚毫米望远镜、NASA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。
“北落师门周围的带有点像一部神秘小说：行星在哪里？”另一名团队成员、韦布中红外仪器（MIRI）的美国科学负责人乔治·里克说，他进行了这些观测。““北落师门周围的带有点像一部神秘小说：行星在哪里？”另一名团队成员、韦布中红外仪器（MIRI）的美国科学负责人乔治·里克说，他进行了这些观测。“我认为，说这颗恒星周围可能存在一个非常有趣的行星系统，这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有更复杂的结构。”沃尔夫补充说。“这种结构非常令人兴奋，因为每当天文学家看到碎片盘上的间隙和环时，他们就会说，‘可能是一颗嵌入的行星塑造了这些环!”
韦伯还拍摄了加斯帕所称的“大尘埃云”，这可能是两个原行星体在外环发生碰撞的证据。这与哈勃望远镜2008年首次在外环内发现的一颗疑似行星的特征不同。随后哈勃的观测显示，到2014年，这个天体已经消失。一种合理的解释是，这个新发现的特征，就像之前发现的一样，是两个冰体相互碰撞后形成的非常细小的尘埃粒子组成的膨胀云。
围绕恒星形成原行星盘的想法可以追溯到18世纪末，当时天文学家伊曼努尔·康德和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯分别独立提出了太阳和行星由旋转的气体云形成的理论，这些气体云因引力而坍缩并变平。随着行星的形成和原始气体在系统中的扩散，碎片盘的形成要晚一些。它们表明，像小行星这样的小天体正在发生灾难性的碰撞，并将其表面粉碎成巨大的尘埃云和其他碎片云。对它们尘埃的观测为系外行星系统的结构提供了独特的线索，可以观测到地球大小的行星，甚至是小行星，这些行星都太小了，无法单独观测。
该团队的研究结果发表在《自然天文学》杂志上。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学观测站。北落师门的观测使用了由NASA和欧洲航天局（ESA）提供的中红外仪器，该仪器由国家资助的欧洲研究院联盟（MIRI欧洲联盟）和NASA喷气推进实验室与亚利桑那大学合作设计和建造。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。
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