美國太空總署韋伯望遠鏡發現了一顆巨大的行星，隱藏在天文學最著名的系統之一中

人們已經知道附近的年輕恆星繪架座β有兩顆大質量行星：繪架座βb和繪架座βc。 Beta Pictoris b 是第一批直接拍攝的系外行星之一。新確認的繪架β d系統的已知行星增加到三顆，使繪架β成為第二個擁有至少三顆行星的成像系統。

然而，天文學家最初並不認為繪架座β d 是一個亮點。相反，他們透過其大氣中獨特的化學特徵來識別它。研究人員表示，這種方法可以提供一種強大的新方法來定位其他恆星周圍的行星，特別是在灰塵和碎片使傳統成像變得困難的環境中。

該雜誌發表的一項新研究的主要作者艾丹·吉布斯說：“這一發現為已經令人著迷的行星系統增添了另一塊。” 天文物理學期刊通訊 加州大學聖地牙哥分校博士後研究員。 “繪架座β長期以來一直是了解行星系統如何形成和演化的實驗室，現在我們有另一顆行星幫助我們講述這個故事。”

一個靠近地球的年輕行星系統

繪架座β距離地球63光年，估計已有約2,300萬年的歷史。它的相對年輕和接近給天文學家提供了一個不尋常的機會來觀察新形成的行星如何與系統形成時留下的塵埃和碎片盤相互作用。

研究人員認為繪架座β dk 的質量至少是木星的兩倍。然而，它似乎是繞恆星運行的三顆巨行星中最小的一顆。

電腦模型表明，這顆行星可能圍繞著繪架座β運行，距離約為 30 個天文單位。這使得它所處的區域與海王星在太陽系中的位置相當。在這個系統中的三顆已知行星中，畫座β d 的軌道最寬，儘管它仍在碎片盤的內邊界內。

偶然發現的一顆行星

研究小組並沒有使用韋伯號來尋找另一顆行星。當天文學家利用韋伯的 NIRSpec（近紅外光譜儀）研究繪架座β b 的大氣層時，繪架座β d 會意外出現。

科學家使用了 NIRSpec 的 Integral Field Unit，這是一種記錄每個像素的圖像和光譜的儀器。光譜將光分成其組成波長，使天文學家能夠研究遙遠物體的化學和運動。

「我們並不是在尋找新行星，」吉布斯說。 “我們試圖了解一些我們已經知道的事情。然後這個跡像出現在我們沒有預料到的數據中。”

研究人員期望看到塵埃反射光產生的平滑光譜，但他們發現了波峰和波谷的圖案。此訊號包含以類似條碼的順序排列的一氧化碳吸收線，這是巨行星大氣中通常預期的特徵。

光譜學使團隊能夠測量物體的徑向速度，它描述了它朝向或遠離觀察者的運動。它的速度、位置以及與碎片盤的排列與科學家對圍繞繪架座β運行的行星的預期一致。

這些測量有助於排除其他可能性，例如遙遠的背景恆星或具有一氧化碳大氣層的褐矮星。

化學證據證實了一個隱藏的世界

加州大學研究員、首次韋伯觀測的首席研究員讓-巴蒂斯特·魯菲奧 (Jean-Baptiste Ruffio) 表示：“整體現場單元圖像中存在意想不到的明亮光源，但我們已經學會了不要相信圖像中的明亮斑點。” “它們可能是碎片盤中的儀器文物或其他結構。通過在獲得圖像的同時獲得光譜，我們能夠快速證實我們的懷疑”。

隨後，天文學家透過韋伯的MIRI（中紅外線儀器）主任的自由裁量時間請求進行了後續觀測。這些觀測發現了水蒸氣和甲烷，進一步證明該物體是一顆行星，並揭示了有關其大氣層的更多細節。

與傳統成像相比，這種方法為研究人員提供了重要的優勢。從第一次觀察開始，除了確定物體是一顆行星外，他們還開始研究其大氣化學和物理特性。

「頻譜包含大量訊息，」魯菲奧說。 「你不只是知道某物是一顆行星；你立即開始了解它的溫度、化學成分和運動。」

一項獨立的影像學研究也支持了這項發現。這項工作由愛丁堡大學的本·薩特利夫和歐洲南方天文台的馬庫斯·邦斯領導。利用歐洲南方天文台甚大望遠鏡和韋伯 NIRCam（近紅外線相機）的觀測結果，研究人員獨立證實了繪圖架β d 的存在。

穿越宇宙星雲尋找行星

繪架β星多年來一直未能被發現，因為它嵌在天文學家所見過的最亮的碎片盤之一中。

圓盤中的塵埃會散射來自中心恆星的光線，產生霧狀效果。這種亮度使得標準成像方法很難將行星與周圍的塵埃結構和其他光源區分開來。

韋伯的光譜方法使研究人員能夠超越這種混亂。科學家並沒有僅僅依賴來自行星的可見光，而是分離了行星大氣特徵的狹窄分子訊號。

繪架座β d 的存在也可能有助於天文學家了解該系統碎片盤的不尋常外觀。此椎間盤具有清晰的內部邊界以及其他一些難以解釋的結構。

天文學家先前提出，一顆類似繪架座β d 的未被發現的行星可能正在塑造圓盤並創造其中一些特徵。他的發現現在為研究人員提供了對磁碟不尋常架構的可能解釋。

發現系外行星的新方法

這項發現不僅為繪架座β星系添加了另一個世界。它揭示了一種在複雜、塵土飛揚的環境中探測系外行星的新策略。

Beta Pictoris d 是第一顆主要透過中等解析度光譜發現的直接成像行星。結果表明，天文學家可以透過識別大氣層的分子指紋來定位世界，而不是依賴傳統的日冕影像。

當行星被明亮的碎片盤或其他結構遮擋而難以在正常望遠鏡影像中區分時，這種能力尤其有價值。

研究人員計劃繼續分析韋伯的觀測結果，以改善對繪架座 d 溫度、大氣成分和軌道的估計。此類研究可以為我們之外最著名的行星系統之一提供更詳細的視圖。

韋伯對遙遠世界的願景

詹姆斯韋伯太空望遠鏡是世界領先的太空科學天文台。韋伯正在解開我們太陽系的奧秘，凝視其他恆星周圍的遙遠世界，並探索我們宇宙和我們所處位置的神秘結構和起源。韋伯計畫是由 NASA 及其合作夥伴 ESA（歐洲太空總署）和 CSA（加拿大航太局）領導的國際計畫。