附近的恆星織女星在人類文化中佔有特殊的地位。這顆閃耀的燈塔距離地球僅 25 光年，質量約為太陽的兩倍，亮度是太陽的 40 倍，在地球的天空中非常顯眼，以至於它吸引了全球古代天文學家的目光。幾千年前，它也是我們星球的北極星，直到北極星取代了它的位置，因為地球的軸心發生了擺動。（織女星將在 12,000 年後重新奪回北極星的桂冠）。因此，許多人認為這顆標誌性的恆星是尋找生命的有趣場所，其中最重要的是天文學家卡爾·薩根，他在 1985 年的小說《超時空接觸》中想象了來自織女星的智慧文明訊號，該小說於 1997 年被改編成轟動一時的電影。
因此，本月早些時候，當天文學家宣佈了一項關於這顆恆星的令人困惑的發現時，人們感到有些失望。他們使用哈勃太空望遠鏡及其下一代同類詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST)，以迄今為止最精細的細節觀測了織女星，並發現了一些非常出乎意料的東西。這顆恆星儘管已經走過其十億年壽命的一半左右，但似乎沒有形成任何大型天體。“這真的令人驚訝，”亞利桑那大學和空間科學研究所的凱特·蘇說，她領導了 JWST 的觀測。相反，它有一個圍繞恆星的超光滑沙狀塵埃盤，雖然它可能仍然隱藏著較小的行星，但似乎沒有形成像土星和木星這樣的大型天體。“我們真的期望看到一些巨行星，”蘇說。這項研究發表在兩篇論文中，最初發布在預印本伺服器 arXiv.org 上：一篇 已經發表在《天文學雜誌》上，另一篇 將發表在《天體物理學雜誌》上。
現在已知的 5,500 多顆太陽系外行星分佈在各種恆星周圍，從被稱為紅矮星的暗淡恆星到像織女星這樣更明亮的恆星。“如今，我們已經習慣於在許多恆星周圍發現行星，”丹麥哥本哈根大學的行星形成專家安德斯·約翰森說，他沒有參與這項研究。當一顆恆星首次形成時，它被一個碎片盤包圍，這是一個由塵埃和氣體組成的旋轉盤。在行星系統的早期階段，這些碎片聚結形成越來越大的星子，即行星的岩石構件。最終，這些星子要麼停止生長，成為像地球和火星這樣的小型類地行星，要麼繼續生長，積累大量氣體，成為像我們太陽系外圍行星這樣的巨行星。這個過程很快。“大約 1000 萬年後，你就會期望大部分行星形成過程已經完成，”亞利桑那大學的斯凱勒·沃爾夫說，他領導了哈勃對織女星的觀測。
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織女星是一顆 4.5 億年曆史的 A 型恆星。在之前的研究中，例如NASA 的斯皮策太空望遠鏡在 2005 年進行的研究，天文學家觀測到這顆恆星被一個巨大而明亮的碎片盤包圍，該圓盤跨越近 1000 億英里，其比例大致相當於海王星以外的柯伊伯帶。但直到最近的觀測，他們才能夠非常詳細地探測這個圓盤。“現在我們正在將其與火星和木星之間的小行星帶進行比較，”沃爾夫說。該團隊曾預計會看到巨行星在這個碎片盤中開闢出空隙，類似於我們太陽系中推測發生的情況，但沒有出現這樣的空隙。研究人員排除了在距離恆星 10 個天文單位（地球-太陽距離的 10 倍）以外存在大於土星的行星的可能性。
NASA 哈勃太空望遠鏡使用太空望遠鏡成像光譜儀 (STIS) 看到的織女星星周盤。圓盤的光滑度表明內部沒有潛伏著大型行星。
NASA, ESA, CSA, STScI, S. Wolff (亞利桑那大學), K. Su (亞利桑那大學), A. Gáspár (亞利桑那大學)
雖然該團隊不能排除存在較小行星的可能性，但圓盤中缺乏巨行星令人費解，並表明那裡正在發生一些不尋常的事情，這是我們對行星形成理解中一個未知的障礙。“我們看到塵埃分佈非常平滑，”沃爾夫說，而在其他 A 型恆星（如北落師門）周圍，觀測者發現了一個圓盤，該圓盤顯示出由一顆或多顆行星的存在而塑造的清晰結構。“那麼問題就變成了‘有什麼不同？’”沃爾夫說。“是否發生過某種混亂事件，使得巨行星在一個[圓盤]中形成，而在另一箇中沒有形成？”
加州大學伯克利分校的碎片盤專家保羅·卡拉斯沒有參與這項新研究，他提出了一種可能性：織女星系統可能在其早期行星形成過程中被剝奪了氣體，從而阻止了巨行星的生長。“我們不明白為什麼行星的形成如此不可預測，”卡拉斯說。“在這裡，在織女星和北落師門，你有兩顆相似的恆星——但結果卻截然不同。科學家不喜歡不可預測性；一件事應該順理成章地導致另一件事。這表明大自然會讓我們感到驚訝。”
加州大學天文臺 (UCO) 主任布魯斯·麥金託什沒有參與這項新研究，他認為織女星周圍缺乏巨行星並不完全令人驚訝。調查顯示，銀河系中最多隻有 40% 的恆星擁有木星大小的行星，他說。“事實上，我們得到一個周圍沒有大型行星的圓盤，這感覺並不那麼令人驚訝，”他說。“這是一個原始的圓盤，讓我想起新下的雪。”織女星也很有趣，因為它一直是碎片盤研究的試金石，由於其亮度和接近度，它是大約 40 年前首次被觀測到存在圓盤的恆星。“織女星是原型，是其他恆星周圍存在塵埃的第一個暗示，”麥金託什說。“現在我們有了它的美麗影像，這很酷。”
關於織女星周圍缺乏觀測到的行星的另一種可能性是，它確實形成了巨行星，但它們要麼被系統 eject 出來，要麼移動到更靠近恆星的位置，以至於我們現在看不到它們。“在恆星的正上方有很多空間可以隱藏一顆行星，”麥金託什說。約翰森提出了另一個建議：可能是恆星的“金屬丰度”（其重於氫和氦的元素的丰度）決定了行星的存在。“織女星的金屬丰度相當低，只有我們太陽重元素的三分之一，”他說。“可能沒有足夠的星子來形成行星。”重元素似乎對於巨行星的形成尤為重要，因為它們催化核心快速生長到大約十個地球質量，這是隨後氣體聚集階段（在此階段它們膨脹到巨大的體積）的先決條件。“如果你執行模擬，你在低金屬丰度的恆星周圍‘形成不了多少東西’，”約翰森說。“在氣體盤消失之前，根本沒有足夠的時間生長。”
這些想法可能會為我們尋找其他世界提供資訊。或許我們應該減少關注低金屬丰度的恆星，假設它們可能沒有很多行星。或者也許情況恰恰相反。“也許[行星系統的]‘宜居性’在高金屬丰度時停止，因為這會產生太多的巨行星，”約翰森說；“也許‘金屬丰度較低的恆星更有可能擁有類地行星。’”無論答案是什麼，雖然我們現在似乎可以排除織女星存在巨行星的可能性，但目前，我們的望遠鏡還不夠強大，無法進行更深入的探測。“我們不排除類地行星的可能性，但其他人必須進行這些觀測，”沃爾夫說。