韦布发现比恒星更古老的冰 藏在行星摇篮里

詹姆斯韦布太空望远镜在一颗年轻恒星周围找到了「比恒星本身更古老」的冰。据Ars Technica报道，一项发表于《科学》杂志的新研究显示，天文学家在距地球约64光年的绘架座β（Beta Pictoris）碎屑盘中，首次直接探测到了水冰和二氧化碳冰。

绘架座β是天空中被研究得最透彻的恒星之一：年龄约2000万年，盘面几乎正对地球侧视，碎屑盘早在1984年就已被成像，系统内已确认三颗行星。它周围是一个巨大的尘埃碎屑盘，行星正在其中形成，星子之间的碰撞不断补充盘中尘埃，堪称研究行星系统成长的天然实验室。

按理说盘中应该到处是冰：外层区域足够冷，水等挥发物会冻结成冰；盘中还保有大量一氧化碳气体，而恒星紫外线本应在50到300年内将其破坏殆尽——能持续补充它的，最可能就是彗星碰撞释放的冰。但此前的搜寻屡屡扑空，水蒸气和3微米波段的水冰吸收特征都没有找到。理论模型给出了解释：纯冰小颗粒被紫外线摧毁的速度，快过碰撞补充的速度；只有混着其他分子的「脏冰」才能幸存。

由太空望远镜科学研究所天文学家Sarah Betti领衔的团队，2023年12月7日用韦布的近红外光谱仪对准绘架座β，在扣除恒星光芒后逐点测量尘埃反射光的光谱。在距离恒星约100天文单位的两侧区域，两个光谱都同时出现了水冰和二氧化碳冰的痕迹，后者还包括含碳13的同位素版本。谱线形状显示二氧化碳分子被「困」在水冰内部——正是模型预言的那种经得起紫外线照射的脏冰。二氧化碳约占全部冰的11％，落在太阳系彗星2.5％至30％的测量区间之内。

更关键的是水的形态：盘中水冰几乎全为无定形态——一种玻璃般的无序固体，晶体成分不足7％。无定形冰只能在低于约100开尔文（零下173摄氏度）的环境中保存，这意味着这些冰并非在盘中就地形成，而是继承自恒星诞生前的星际介质。换言之，构成绘架座β行星系统的冰，可能与孕育太阳系彗星的冰出自同一批「原料」。如果这种原始星际冰在年轻恒星系统中普遍存在，那么富水世界——乃至宜居世界的原材料——或许同样普遍。

编译自 Ars Technica，原标题："James Webb telescope finds ice older than the star it orbits"