天文学家首次证实恒星周围存在结晶状水冰

【中国观察2025年05月16日讯】长久以来，天文学家一直预期冰冻的水存在于恒星周围的系统中。如今，他们首次藉由美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯‧韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）证实，在环绕一颗年轻恒星的尘埃碎片盘中存在结晶状水冰（water ice）。
NASA在5月14日发布的新闻稿中指出，这颗被命名为HD 181327、类似太阳的恒星距离地球155光年。天文学家藉由韦伯太空望远镜的光谱找到了该恒星轨道上的尘埃碎片盘中存在结晶状水冰的确凿证据。
水冰这个名词意指它的成分是水，因为天文学家在太空中也观察到许多其它结冰的分子，例如“干冰”，也就是二氧化碳结成的冰。
早在2008年，NASA已退役的史匹哲太空望远镜（Spitzer Space Telescope）的资料就暗示了HD 181327的系统中可能存在结冰的水。
研究人员表示，韦伯太空望远镜不仅在该系统中明确探测到水冰，而且确认其为结晶状水冰。这种水冰在土星环和太阳系古柏带（Kuiper Belt）的冰冻天体中也曾发现过。
这项研究的报告撰写人之一、太空望远镜科学研究所（Space Telescope Science Institute）助理天文学家克莉斯汀‧陈（Christine Chen）说，在过去几十年来，天文学家一直在等待这些确切的资料。直到韦伯太空望远镜服役，他们才有足够灵敏的仪器来进行此类观测。
她说：“最引人注目的是，这些资料与该望远镜最近对我们太阳系内古柏带天体的其它观测结果类似。”
水冰是年轻恒星周围盘状结构的重要组成部分——它对巨行星的形成有重大影响，也可能经由彗星和小行星之类的小天体传送到已经完全形成的岩石行星上。
相较于年龄已有46亿年的太阳，HD 181327这颗恒星算是相当年轻的，因为它的年龄估计只有2,300万年。这颗恒星的质量比太阳稍大一些，温度也比较高，因此在其周围形成了一个稍微大一点的系统。
陈说：“HD 181327是一个非常活跃的系统。它的碎片盘中存在着规律的、持续不断的碰撞。当这些结冰天体碰撞时，它们会释放出微小的尘埃状水冰颗粒，这些颗粒的大小正好是韦伯太空望远镜所能探测到的。”
研究人员说，水冰在该系统中的分布并不均匀，大多数位于最冷、距离恒星最远的地方。在碎片盘的外部区域有超过20%的水冰，在碎片盘的中央只有大约8%的水冰，而在最靠近恒星的碎片盘区域，韦伯太空望远镜几乎没有探测到任何水冰。
这可能是因为恒星的紫外线让最靠近的水冰蒸发了，或被称为微行星（planetesimal）的岩石“锁住”其内部的水冰，使韦伯太空望远镜无法探测到。
NASA说，这些水冰的发现为所有研究人员打开了大门，让他们可以研究这些过程如何在许多其它行星系统中以新的方式发挥作用。研究人员将继续寻找和研究整个银河系内的碎片盘和正在积极形成的行星系统中的水冰。
上述研究成果于5月14日发表在《自然》（Nature）期刊上。