天文学家长期试图解释,为何太阳系边缘彗星中含有晶体硅酸盐。相关晶体通常需要高温环境才能形成,而彗星大部分时间位于极寒的柯伊伯带和奥尔特云。美国国家航空航天局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)最新观测首次给出更直接的证据,展示晶体硅酸盐可能在年轻恒星系统中形成并被输送至外盘的过程。
研究团队报告称,韦伯望远镜清晰显示,在非常年轻、仍处于活跃形成阶段的恒星周围,气体与尘埃盘的炽热内区是晶体硅酸盐的形成区域;同时,系统存在强烈外流,可将这些晶体携带至盘的外缘。研究指出,这些晶体的形成位置大致相当于太阳与地球之间的距离尺度。
韦伯对原恒星EC 53的灵敏中红外观测还显示,来自恒星盘的强风可能将新生成的晶体“弹射”到更遥远区域,包括原行星盘极寒的边缘地带,那里被认为可能最终形成彗星。相关论文已发表在《自然》杂志。
论文首席作者、韩国首尔国立大学教授李正恩表示,EC 53分层的外流可能将新形成的晶体硅酸盐抬升并向外转移;韦伯不仅识别了靠近恒星尘埃中硅酸盐的类型,也显示了它们在爆发前后分布位置的变化。

在观测方法上,研究团队使用韦伯的中红外仪器MIRI获取两组高分辨率光谱,用于识别特定元素和分子并判断其结构,并据此绘制EC 53在“静止”状态与更活跃的爆发阶段时,各类成分在系统中的空间分布。
研究团队称,EC 53的活动具有较强可预测性:该恒星大约每18个月进入一次持续约100天的剧烈爆发期,在此期间其吞噬周围气体和尘埃的速度加快,同时以强劲喷流和外流形式喷射部分物质。研究人员认为,这些喷射过程可能将新形成的晶体输送至原行星盘边缘。
加拿大国家研究委员会首席研究员、论文合著者道格·约翰斯通表示,团队在观测中识别出EC 53附近的特定硅酸盐矿物,包括橄榄石和透闪石,这些矿物在地球上也较为常见。
研究人员指出,过去数十年里,晶体硅酸盐不仅在太阳系彗星中被发现,也在其他稍老恒星周围的远距离原行星盘中被探测到,但其来源一直难以确定。合著者、空间望远镜科学研究所仪器科学家乔尔·格林表示,韦伯数据不仅信息量丰富,还能精确定位各成分位置,使团队得以描绘晶体在系统中的运动轨迹,并展示恒星如何制造并分布这些远小于沙粒的超细颗粒。

MIRI数据还显示,恒星极区附近存在狭窄的高速热气喷流,同时还有源自盘内最热区域、温度稍低且速度较慢的外流。研究配套的近红外相机NIRCam图像显示,EC 53盘中可见一组风与散射光结构,呈白色半圆形并向右倾斜;另一个方向的风大致位于恒星背后,在近红外下呈暗色,喷流本身因尺度过小而难以直接辨认。
研究团队补充称,EC 53目前仍被尘埃包裹,这一阶段可能持续约10万年。随着时间推移,在数百万年尺度上,盘内微小尘埃与卵石在碰撞中逐步聚合,形成更大岩石并最终形成类地行星和气态巨行星;当盘趋于稳定后,系统尘埃将逐渐被清除,类太阳恒星位于更清晰的行星系统中心。
EC 53位于蛇夫座星云,距离地球约1300光年,该星云区域恒星形成活动活跃。
