近日，天文學(xué)界迎來了一項(xiàng)激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)，為長(zhǎng)久以來的推測(cè)提供了確鑿證據(jù)：在太陽系以外的恒星系統(tǒng)中，存在著水冰。這一發(fā)現(xiàn)得益于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡所提供的詳盡光譜數(shù)據(jù)。
此前，科學(xué)家們已通過探測(cè)水蒸氣——水的氣態(tài)形式，以及水在太陽系中的普遍存在，推測(cè)其他恒星系統(tǒng)中也可能存在水冰。如今，這一推測(cè)得到了強(qiáng)有力的支持。
NASA官網(wǎng)發(fā)布消息稱，研究人員利用韋布望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，確認(rèn)了一顆距離地球155光年的類太陽恒星周圍的塵埃碎片盤中，存在結(jié)晶水冰。早在2008年，NASA退役的斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡就曾暗示該系統(tǒng)中可能存在水冰，但直到韋布望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，才使得這一發(fā)現(xiàn)得以證實(shí)。
此次發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了水冰的存在，更明確了其形態(tài)為結(jié)晶水冰，這種物質(zhì)在太陽系內(nèi)的土星環(huán)以及柯伊伯帶的冰凍天體中也有所發(fā)現(xiàn)。研究論文的第一作者、約翰·霍普金斯大學(xué)的助理研究科學(xué)家謝晨表示：“韋布望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的不僅僅是水冰，而是結(jié)晶水冰，這是非常令人興奮的。”
韋布望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的水冰與塵埃碎片盤中的細(xì)小塵埃顆粒緊密結(jié)合，形成了微小的“臟雪球”。這一研究成果已在《自然》雜志上發(fā)表，引起了天文學(xué)界的廣泛關(guān)注。
天文學(xué)家們對(duì)這類明確的數(shù)據(jù)已經(jīng)等待了數(shù)十年。巴爾的摩市空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的副天文學(xué)家克里斯汀·陳表示：“在我讀研究生時(shí)，我的導(dǎo)師就告訴我碎片盤中應(yīng)該存在冰，但直到韋布望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，我們才擁有了足夠靈敏的儀器來進(jìn)行這些觀測(cè)。”她補(bǔ)充道，這些數(shù)據(jù)與韋布望遠(yuǎn)鏡最近對(duì)太陽系柯伊伯帶天體的觀測(cè)結(jié)果非常相似，令人驚訝。
水冰在圍繞年輕恒星的圓盤中扮演著關(guān)鍵角色，對(duì)巨行星的形成有著重大影響。水冰還可能通過彗星和小行星等小天體被輸送到已經(jīng)形成的巖質(zhì)行星上。韋布望遠(yuǎn)鏡的這一發(fā)現(xiàn)為研究人員提供了新的視角，使他們能夠以新的方式研究這些過程在許多其他行星系統(tǒng)中是如何發(fā)生的。
被編號(hào)為HD 181327的恒星比太陽年輕得多，其年齡僅為2300萬年，而太陽的年齡則為46億年。該恒星的質(zhì)量略大于太陽，溫度也更高，導(dǎo)致其周圍形成了一個(gè)略大的星系。韋布望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果還揭示了恒星與碎片盤之間存在一個(gè)明顯的空隙，這是一個(gè)沒有塵埃的廣闊區(qū)域。
在更遠(yuǎn)的地方，HD 181327的碎片盤類似于太陽系的柯伊伯帶，那里有矮行星、彗星以及其他冰和巖石碎片。數(shù)十億年前，我們的柯伊伯帶可能與這顆恒星的碎片盤非常相似。陳表示：“HD 181327是一個(gè)非常活躍的系統(tǒng)，在其碎片盤中，碰撞事件頻繁且持續(xù)發(fā)生。這些冰凍天體相互碰撞時(shí)，會(huì)釋放出細(xì)小的含水冰塵埃顆粒，這些顆粒正好適合韋布望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行探測(cè)。”
水冰在HD 181327系統(tǒng)中并非均勻分布，而是主要集中在最寒冷、距離恒星最遠(yuǎn)的地方。謝晨指出：“碎片盤的外側(cè)區(qū)域含有超過20%的水冰。”隨著研究人員向恒星靠近，發(fā)現(xiàn)的水冰數(shù)量逐漸減少。在碎片盤的中部，韋布望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的水冰含量約為8%。而在最靠近恒星的區(qū)域，韋布望遠(yuǎn)鏡幾乎沒有探測(cè)到水冰，這可能是由于恒星的紫外線使最近的水冰顆粒蒸發(fā)，或者水冰被巖石“鎖”在內(nèi)部而無法被探測(cè)到。
未來，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)在銀河系的碎片盤和正在形成行星的系統(tǒng)中尋找并研究水冰。謝晨表示：“水冰的存在有助于促進(jìn)行星的形成，這些冰凍物質(zhì)最終可能會(huì)被輸送到在類似這樣的系統(tǒng)中形成的巖質(zhì)行星上。”這一發(fā)現(xiàn)不僅為天文學(xué)界帶來了新的研究方向，也為理解行星形成和演化提供了新的線索。
