行星在气体和尘埃的圆盘中形成，绕着年轻的恒星旋转。由德国海德堡马克斯普朗克天文研究所(MPIA)的托马斯·亨宁(Thomas Henning)领导的MIRI中红外圆盘调查(MINDS)旨在建立一个具有代表性的圆盘样本。通过詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)上的MIRI(中红外仪器)探索它们的化学和物理特性，该合作将这些圆盘与可能在那里形成的行星的特性联系起来。在一项新的研究中，一组研究人员探索了一颗质量为0.11太阳质量的非常低的恒星(称为ISO-ChaI 147)的附近，其结果发表在《科学》杂志上。

　　荷兰格罗宁根大学的Aditya Arabhavi解释说:“这些观测结果在地球上是不可能的，因为相关的气体排放被大气吸收了。”“以前，我们只能从这个物体中识别乙炔(C2H2)的排放。然而，JWST更高的灵敏度和仪器的光谱分辨率使我们能够探测到较少分子的微弱发射。”

　　MINDS合作发现了温度约为300开尔文(约30摄氏度)的气体，富含含碳分子，但缺乏富氧物质。格罗宁根大学的研究小组成员Inga Kamp补充说:“这与我们在太阳型恒星周围的圆盘上看到的成分截然不同，在太阳型恒星周围，含氧分子(如水和二氧化碳)占主导地位。”

　　富氧圆盘的一个显著例子是PDS 70, MINDS项目最近在那里发现了大量的水蒸气。考虑到早期的观察结果，天文学家推断，质量非常低的恒星周围的圆盘与质量较大的恒星(如太阳)周围的圆盘进化不同，这可能意味着在那里找到具有类地特征的岩石行星。由于这些圆盘中的环境为新行星的形成设定了条件，任何这样的行星都可能是岩石的，但在其他方面与地球完全不同。

　　物质的数量及其在这些圆盘上的分布限制了圆盘能够提供必要物质的行星的数量和大小。因此，观测结果表明，与地球大小相似的岩石行星比类似木星的气态巨行星在非常低质量恒星(宇宙中最常见的恒星)周围的圆盘上形成的效率更高。因此，到目前为止，非常低质量的恒星拥有大多数类地行星。

　　托马斯·亨宁指出:“这些行星的许多主要大气可能主要由碳氢化合物组成，而不是由水和二氧化碳等富氧气体组成。”“我们在早期的一项研究中表明，在这些圆盘中，富含碳的气体进入类地行星通常形成的区域的速度更快，效率也更高。”

　　虽然很明显，非常低质量恒星周围的圆盘含有更多的碳而不是氧，但这种不平衡的机制仍然未知。圆盘组成是碳富集或氧还原的结果。如果碳被富集，原因可能是磁盘中的固体颗粒，其中的碳被蒸发并释放到磁盘的气体成分中。这些被剥离了原始碳的尘埃颗粒最终形成了岩石行星体。这些行星会像地球一样缺乏碳。尽管如此，碳基化学很可能至少主导着它们由盘状气体提供的原始大气。因此，非常低质量的恒星可能无法提供寻找类似地球的行星的最佳环境。

　　为了识别盘上的气体，研究小组使用MIRI的光谱仪将从盘上接收到的红外辐射分解成小波长范围的特征——类似于阳光被分解成彩虹。通过这种方式，研究小组分离出了归因于各种分子的大量个体特征。

　　因此，观测到的圆盘包含了迄今为止在原行星盘中所见的最丰富的碳氢化合物化学成分，由13个含碳分子组成，直到苯(C6H6)。它们包括首次探测到太阳系外乙烷(C2H6)，这是在太阳系外探测到的最大的全饱和碳氢化合物。该团队还首次在原行星盘中成功检测到乙烯(C2H4)、丙炔(C3H4)和甲基自由基CH3。相比之下，数据中没有水或一氧化碳的迹象。

　　接下来，科学小组打算将他们的研究扩展到围绕非常低质量恒星的更大样本的圆盘上，以加深他们对这种奇异的富含碳的类地行星形成区域有多普遍的理解。“扩大我们的研究也将使我们更好地了解这些分子是如何形成的，”托马斯·亨宁解释说。“数据中的几个特征也尚未确定，需要额外的光谱来充分解释我们的观察结果。”

　　该研究是在ERC高级资助“起源-从行星形成盘到巨型行星”的框架下资助的(资助ID: 832428, PI: Thomas Henning, DOI: 10.3030/832428)。

　　参与这项研究的MPIA科学家是Thomas Henning, Matthias Samland, Giulia Perotti, Jeroen Bouwman, Silvia Scheithauer, Riccardo Franceschi, j rgen Schreiber和Kamber Schwartz。

　　其他研究人员包括Aditya Arabhavi(荷兰格罗宁根大学)、Inga Kamp(格罗宁根)、Ewine van Dishoeck(荷兰莱顿大学和德国加兴马克斯普朗克地外物理研究所)、Valentin Christiaens(比利时列日大学)和Agnes Perrin(法国帕莱索IPSL CNRS实验室)。

　　MIRI财团由欧空局成员国比利时、丹麦、法国、德国、爱尔兰、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和英国组成。德国的国家科学组织——马克斯普朗克学会(MPG)和德国航空航天中心(DLR)——资助了该联盟的工作。参与的德国机构包括海德堡的马克斯普朗克天文研究所、科隆大学和奥伯科兴的亨索尔特股份公司，前身是卡尔蔡司光电公司。

　　JWST是世界上首屈一指的空间科学天文台。这是一个由美国宇航局及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和CSA(加拿大航天局)共同领导的国际项目。