令人驚歎的影像揭示了獵戶座星雲中的流浪行星

啊，秋天來臨，空氣中熟悉的寒意，提醒著我們樹葉變黃，冬季將至，當然還有——獵戶座以及獵戶座無數天文奇觀重返夜空！

後者中最著名的是標誌性的獵戶座星雲，這是一片巨大而明亮的氣體雲，即使距離地球約 1,300 光年，肉眼也清晰可見。它是獵戶座腰帶下方懸掛的三顆星組成的劍柄中的中間“星星”。即使使用雙筒望遠鏡觀察，星雲也顯得模糊，但透過小型望遠鏡，它的真面目開始顯現：獵戶座星雲不僅僅是一片氣體雲；它還是一個巨大的恆星育嬰室，跨度超過二十多光年，恆星正在其中誕生。

當然，當您使用一臺 6.5 米寬的空間望遠鏡，調諧到紅外光來研究獵戶座星雲時，您的視野將呈指數級提高。天文學家正是這樣做的，他們使用了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST)，由此產生的景象令人賞心悅目，並啟迪智慧。JWST 在近紅外光譜（光波長略長於我們肉眼可探測到的波長）中進行觀測，揭示了數百顆新生恆星。（“新生”意味著這些恆星在幾十萬年前才開始在其核心中進行氫聚變——這對於天文學家來說，幾乎就是昨天。）

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在上面的 JWST 影像中心佔據主導地位的是梯形星團的四顆恆星，這是這個宇宙年輕星團中最亮的恆星。這四顆星中最亮的 Theta1 Orionis C 比太陽的能量強數十萬倍。Theta1 Orionis C 的光芒如此強烈，以至於僅它一顆星就為星雲的大部分光芒負責。影像顯示，氣體絲帶和縷縷氣體散佈在獵戶座星雲中，並被這顆恆星的光芒激發。

還可以看到一股紅色的氣體爆發。這種氣體被稱為獵戶座分子云 1 (OMC1)，看起來像一場煙花爆炸。從某種意義上說，它確實是：它很可能是相當於幾顆太陽質量的物質從恆星災難現場噴射出來，在這場災難中，三顆大質量恆星碰撞併合並。這一事件爆發出的能量如此強大，以至於氣體以高達每小時 50 萬公里的速度向外噴發。

同一區域的第二張影像是在更長的紅外波長下拍攝的，主要顯示的是較冷的氣體和宇宙塵埃。恆星在這些波長下輻射很少，因此顯得暗淡得多。

JWST 將目光投向獵戶座星雲的真正原因並不是為了拍攝一些漂亮的圖片。不過，在望遠鏡的視野中，還潛伏著一些更微妙但同樣令人震驚的東西，可以透過一個稍微偏離主題的天空觀測來介紹。

您看，秋季的開始和冬季的臨近帶來的不僅僅是獵戶座。11 月 3 日，木星將到達衝日，這意味著它將在天空中與太陽相對，並在太陽落山時升起。屆時木星將最接近地球：從我們的角度來看，它將整夜可見，並且看起來最亮最大。在未來一年，這將是觀測這顆行星的最佳時機：它的四顆巨大的伽利略衛星將很容易用雙筒望遠鏡觀測到，而條紋狀風暴帶將可以在小型望遠鏡中看到。

您可能會想，木星與 JWST 和獵戶座有什麼關係？答案是我們不太確定木星是如何形成的，而獵戶座星雲的恆星育嬰室不僅孕育恆星，還孕育新生行星，這些行星適合 JWST 的紅外窺探。我們確實瞭解到的關於恆星和行星誕生的許多知識都來自於觀測大而亮的恆星，這些恆星的亮度等於或大於太陽的亮度。我們沒有太多關於質量較小的恆星形成的資料，這些恆星非常暗淡，即使它們離地球很近，肉眼也看不到。

然而，JWST 可以很容易地在獵戶座星雲中發現此類天體。更棒的是，行星質量的天體在誕生時是熱的，並在數百萬年的時間裡緩慢冷卻。這意味著獵戶座星雲中的任何此類天體都會在紅外波長中發光，向 JWST 揭示它們的蹤跡，以及諸如溫度和質量等重要細節。

這就是拍攝這些影像的原因，目的是透過研究獵戶座星雲廣闊的孕育地中潛伏的、否則會被隱藏起來的小恆星（和大行星）的分佈，來更多地瞭解宇宙起源。令提出並執行這些 JWST 獵戶座觀測的天文學家感到高興和驚訝的是，他們在那裡發現了 500 多個可能是行星質量的天體。（這意味著“小於木星質量的十多倍”。質量大於此的任何物體都被我們稱為褐矮星，這是一種質量介於行星和恆星之間的天體。）令人驚訝的是，這些天體是自由漂浮的，漂泊在太空中，沒有附著在任何恆星上。

乍一看，這似乎出奇地簡單。畢竟，我們已經知道在星系中，大質量恆星是罕見的，而小質量恆星是豐富的。這就像用錘子敲擊一塊岩石：在碎片中，你會得到一兩塊大塊，更多中等大小的碎片和大量細小的碎片。當然，這種比較是不完美的——天體物理學不是後院地質學，巨型氣體雲也不是岩石！更多地瞭解這種類比在何處以及如何失效將是有用的。特別是，研究人員長期以來一直想知道，在恆星育嬰室的結構形成下限是否存在某種臨界值，物理定律決定了行星等極低質量的天體不會出現。

新的觀測尚未獲得正式的同行評審出版。儘管如此，它們令人信服地表明，不存在低端瓶頸。發現如此多的行星質量天體意味著大自然完全有能力創造它們。但它們究竟是如何形成的呢？

JWST 觀測到的獵戶座許多自由漂浮的行星天體彼此非常接近，它們很可能在寬雙星系統中相互繞軌道執行。事實上，發現這些天體的研究人員稱它們為木星質量雙星天體 (JuMBO)。它們是如何產生的，這很難理解。我們知道，這種行星天體是在恆星周圍形成的。我們還知道，在行星系統混亂的早期，世界之間的近距離遭遇可能會彈射出一個或多個世界，註定這些被驅逐者像星際遊牧民族一樣在太空中游蕩。儘管已經發現了許多這樣的流浪行星，但它們如何形成雙星系統完全不清楚。

然而，在影像中看到的行星質量天體中有 40 個——幾乎佔 10%——是雙星。

它們有可能像恆星一樣誕生，直接從獵戶座星雲的氣體中產生，但這也很奇怪。儘管雙星很常見，但在之前的行星質量天體如何形成的觀測中，看到的 JuMBO 比預期的要多得多。是否存在某種新的機制在低質量時啟動，從而促進木星級天體在寬雙星系統中湧現？

天文學家尚不清楚——但很快就會知道了。進一步的觀測可能有助於澄清這一點。

不知道答案有點令人沮喪，但誰不喜歡謎團呢——尤其是如此宇宙比例的謎團？這有力地提醒我們，即使在我們最熟悉和喜愛的天體中，天空中也充滿了這樣的謎題。

如果您發現自己在這個冬天晴朗的夜晚外出，請尋找獵戶座，看看獵戶座腰帶下方三顆星中的中間那顆“星星”。僅僅因為您能看到它，並不意味著您就能看透它。那裡還有很多東西有待揭開。