韋伯揭示北落師門前所未見的內層盤

天文學家使用韋伯望遠鏡拍攝北落師門（Fomalhaut）周圍溫暖的塵埃，發現這些塵埃結構比太陽系小行星和古柏帶複雜得多，三個嵌套帶從恆星延伸至 230 億公里，這是地球到太陽距離的 150 倍，最外層塵埃盤的規模約古柏帶兩倍，前所未見的內層盤則是首次揭示。

北落師門位於南魚座，是秋季南天最明亮的星，距離太陽約25光年。塵埃盤是較大天體碰撞產生的碎片，類似小行星和彗星，常稱為「殘屑盤」。研究人員表示北落師門有類似太陽系行星系統的成分，若能拍到夠深照片，透過觀察這些環，將有助勾勒出行星系統的模樣。之前哈伯、赫歇爾太空望遠鏡及阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）都拍過最外層盤的清晰影像，卻從未發現內部有任何結構。韋伯首次用紅外光看到內部區域灰塵產生的熱輝光。

哈伯、ALMA和韋伯望遠鏡正合作全面觀測恆星周圍殘屑盤。研究團隊表示藉助哈伯和ALMA可成像類似古柏帶的物體，已了解大量外盤如何形成和演化的訊息，但仍需要韋伯成像小行星帶，以了解圓盤內溫暖區域。這些塵埃盤很可能是由看不見的行星引力雕刻而成，如太陽系內部，木星包圍小行星帶，古柏帶內緣由海王星塑造，外緣則由小行星帶以外尚未發現的天體包圍。透過韋伯拍到更多系統，將使我們更了解行星配置。

北落師門塵埃環1983年由紅外線天文衛星（IRAS）觀測時發現。研究人員認為這顆恆星周圍可能有非常有趣的行星系統，且從未想過有第二個中間帶和更寬的小行星帶等複雜結構，非常令人興奮，因當天文學家看到圓盤縫隙和環時，認為可能有一顆嵌入的行星塑造了環。

韋伯還有拍攝稱為「大塵埃雲」的影像，可能是兩個原行星體外環發生碰撞的證據，與2008年哈伯首次在外環內發現的疑似行星不同，哈伯2014年發現該天體已消失，合理解釋是新發現特徵與舊特徵一樣，由兩個冰冷天體相互碰撞而產生非常細小的塵埃顆粒，組成不斷膨脹的塵埃雲。

▲ 韋伯中紅外成像：光譜儀（MIRI）拍攝圍繞北落師門的殘屑盤影像，顯示三個嵌套帶，從恆星延伸到230億公里。右側巨大塵埃雲放大圖為紅外波段影像，分別為23微米和25.5微米。

圍繞恆星原行星盤的想法可追溯到1700年代後期，天文學家伊曼努爾‧康德（Immanuel Kant）和皮耶─西蒙‧拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）提出星雲假說，太陽和行星由旋轉的氣體雲形成，這些氣體雲由於重力坍塌變平，隨著行星形成和系統原始氣體擴散，殘屑盤隨後形成。像小行星這類小天體正在發生災難性碰撞，並將表面粉碎成巨大塵埃雲和其他碎片。塵埃觀察為系外行星系統的結構提供獨特線索，延伸至地球大小的行星甚至小行星，因這些行星太小無法單獨看到。研究成果發表於《Nature Astronomy》期刊。