韦伯望远镜捕捉到太阳系外高速飞行天体半人马29P的神秘气体喷流

从侧面观察半人马29P/Schwassmann-Wachmann 1 的排气活动的艺术家概念图。 之前的射电波长观测发现了一个由一氧化碳（CO）气体组成的喷流指向地球，左图就是从这个角度拍摄的。 资料来源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）

受古希腊神话中半人半马生物的启发，天文学领域也有自己的半人马：在木星和海王星之间围绕太阳运行的遥远天体。 美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）绘制了从这些天体中的一个喷出的气体图，显示了这些天体的不同成分，并为太阳系的形成和演化提供了新的见解。

半人马29P是前跨海王星天体，在过去的几百万年中受到行星微妙的引力影响而移入海王星轨道，最终可能成为短周期彗星。 它们是"混合体"，因为它们正处于轨道演化的过渡阶段： 许多彗星既具有跨海王星天体（来自寒冷的柯伊伯带水库）的特征，也具有短周期彗星的特征。

由于这些小型冰体正处于轨道过渡阶段，它们一直是各种研究的主题，因为科学家们试图了解它们的成分、它们的排气活动背后的原因--它们表面下的冰体的流失--以及它们如何成为外太阳系原始冰体和进化彗星之间的纽带。

一组科学家最近利用韦伯望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec）获取了半人马29P/施瓦茨曼-瓦赫曼1号（简称29P）的数据。 它的爆发强度每六到八周变化一次，是外太阳系中最活跃的天体之一。 他们发现了新的一氧化碳（CO）喷流和以前从未见过的二氧化碳（CO2）气体喷流，这为了解半人马核的性质提供了新的线索。

美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜观测到了半人马29P/施瓦茨曼-瓦赫曼1号，它是外太阳系中最活跃的天体之一。 半人马是一种"混合"天体，它们与柯伊伯带水库中的跨海王星天体和短周期彗星有着共同的特征。 一个科学家小组利用韦伯望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec）对半人马29P进行了研究。 之前对半人马29P的射电波长观测数据显示，一氧化碳（CO）气体喷流指向地球，而韦伯望远镜则更详细地解析了喷流的成分，还探测到了半人马的多个前所未见的特征：两股二氧化碳（CO2）喷流分别从南北两个方向喷出，另一股CO喷流则指向北方。 半人马29P不同的二氧化碳和一氧化碳丰度表明，该天体可能是由不同的碎片组成的，在形成过程中凝聚在一起。 不过，目前仍在考虑用其他方案来解释半人马29P的排气活动。 资料来源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）、Sara Faggi（NASA-GSFC、美国大学）

"半人马可以被视为我们的行星系形成过程中的一些遗留物。 由于半人马保持了非常寒冷的温度，因此保存了太阳系早期阶段的挥发物信息，"该研究的第一作者、马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心和华盛顿特区美利坚大学的萨拉-法吉（Sara Faggi）说。"当我们第一次看到这些数据时，我们非常兴奋。 我们从未见过这样的东西。"

半人马的轨道遥远，因此过去无法进行详细观测。 此前对半人马29P 进行的无线电波长观测数据显示，其喷流大致指向太阳（和地球），由一氧化碳组成。 韦伯望远镜探测到了这一迎面喷流，并利用其大镜子和红外功能，灵敏地搜索到了许多其他化学物质，包括水（H2O）和CO2。 后者是整个太阳系碳储存的主要形式之一。 在 29P 的大气层中没有检测到明显的水蒸气迹象，这可能与该天体极低的温度有关。

这是根据美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec）收集的数据制作的动画，描绘了半人马29P/施瓦茨曼-瓦赫曼1的排气活动。 半人马 29P 是外太阳系中最活跃的天体之一，亮度呈准周期性爆发。 视频一开始就放大了半人马29P 的概念图。 在旋转半人马之前，该场景被叠加在图形上，帮助确定四个不同的气体喷流，以便从不同角度对该天体进行观察。 资料来源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）韦伯数据的启示

望远镜独特的成像和光谱数据揭示了前所未见的特征：两股CO2喷流分别从南北两个方向喷出，另一股CO喷流则指向北方。 这是首次在半人马29P中明确探测到CO2 。

根据韦伯收集的数据，研究小组创建了喷流的三维模型，以了解它们的方向和来源。 他们通过建模发现，这些喷流是从半人马核的不同区域喷射出来的，尽管韦伯望远镜无法分辨出半人马核本身。 这些喷流的角度表明，星核可能是由不同成分的不同天体组成的集合体；不过，还不能排除其他情况。

"半人马29P表面的CO和CO2丰度差异如此之大，这表明半人马29P可能是由多个部分组成的，"这项研究的共同作者、美国宇航局戈达德分部的Geronimo Villanueva说。"也许有两个部分凝聚在一起，形成了这个半人马，它是经历了不同形成路径的不同天体之间的混合物。 这挑战了我们关于原始天体是如何产生并储存在柯伊伯带的想法。"

半人马29P亮度爆发的原因，以及它通过CO和CO2 喷射器进行排气活动的机制，仍然是需要进一步研究的两大领域。

就彗星而言，科学家们知道它们的喷流通常是由水的排气驱动的。 然而，由于半人马所处的位置过于寒冷，水冰无法升华，这意味着它们的排气活动性质与彗星不同。

北卡罗来纳州布恩市阿巴拉契亚州立大学的研究合著者亚当-麦凯说："我们只有时间观察这个天体一次，就像时间的快照。我想回去再观察更长一段时间的半人马29P。 喷流是否总是这个方向？ 是否有另一种一氧化碳喷流在自转周期的不同时间点开启？ 随着时间的推移观察这些喷流会让我们更好地了解是什么驱动了这些爆发。"

研究小组希望，随着他们对半人马29P了解的加深，他们能将同样的技术应用到其他天体上。 通过提高天文学界对他们P的集体认识，我们可以同时更好地了解太阳系的形成和演化。

这些发现发表在《自然》（Nature）上。

编译自/SciTechDaily