在现代天文学中，行星的形成和演化一直是科学家们热切关注的主题。近几年来，借助先进的观测设备和技术，天文学家们逐渐揭开了恒星周围行星诞生过程的神秘面纱。位于距离地球约34秒差距的年轻恒星TWA 7，因其拥有丰富的碎屑盘结构和年轻的年龄成为理想的研究对象。近期发表于权威期刊《自然》的最新研究报道了在TWA 7碎屑盘中发现证据指向一颗亚木星质量的行星，这一令人振奋的发现不仅证实了行星与碎屑盘结构之间的紧密联系，还开辟了探测低质量行星的新途径。TWA 7是一颗距地球较近且年轻的低质量恒星，年龄约为6.4百万年，属于年轻的TW Hydra恒星群。作为一颗典型的弱线T-Tauri星，它已经不再活跃吸积，周围保留着一定数量的碎屑盘。
这种碎屑盘被认为是行星形成残留的证据，内部的岩石和冰质天体通过碰撞产生尘埃，呈现出复杂的环状与空洞结构。过去，高对比成像技术在探测碎屑盘中潜藏的行星时存在显著挑战，尤其难以发现质量低于数个木星质量的行星。TWA 7碎屑盘因其朝向地球几乎为极轴向，为精确测定其内部结构提供了绝佳的几何条件。利用这一优势，科学家们采用了詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）搭载的中红外仪器MIRI，使用4象限相位掩膜（4QPM）与F1140C滤镜对该系统进行了深度探测。JWST凭借其前所未有的灵敏度，能够在11.3微米波段捕捉到极其微弱的热红外辐射，极大地提高了探测低温行星的可能性。研究团队通过长达数小时的观测，并针对望远镜转动角度进行了多次曝光，成功分离出围绕恒星的三颗独立源，其中一颗距离恒星约1.5角秒（折算实际距离约为52天文单位）的探测源，以其红外属性和空间位置脱颖而出，被认定为潜在的行星候选体。
经过详细的数据处理和退波分析，排除了该目标为太阳系小天体或背景星系的可能性。其恒定的无明显视运动特征显示该天体极不可能为近距离小行星或冰天体。其次，尽管有些中红外的红色星系可能存在类似信号，但概率极低且其位置恰好位于碎屑盘中一个致密环带的暗空区，极其巧合，使得背景星系假设被大大削弱。基于以上分析，最合理的解释是这颗被称为TWA 7b的行星。利用热演化模型和行星大气前向建模技术，研究者采用HADES模型对其热辐射数据进行了拟合。推断出TWA 7b的有效温度约为305至335开尔文，质量接近0.3个木星质量，属于亚木星级别的冷行星。
此质量和位置上的行星极有可能对碎屑盘中52天文单位处的窄环结构（R2环）产生引力扰动，从而形成观测到的结构空洞和共振环带。为验证这种行星-盘相互作用，研究团队还开展了专门的N体动力学模拟，模拟了一颗0.34木星质量的行星在轨道位于52天文单位处，伴随200000颗无质量微行星围绕0.46太阳质量恒星公转的场景。模拟结果显示，行星的引力扰动有效地清理了其轨道及其邻近近30天文单位范围内的星际物质，形成了一条稳定的狭窄环带及其周围的密度缺陷，完美与观测数据中的碎屑盘结构相符。这意味着，TWA 7b的存在不仅合理解释了碎屑盘中的空洞和共振结构，也为年轻恒星系统中的低质量行星探测树立了新标杆。JWST的高灵敏度中红外成像技术突破了此前对行星直接成像的质量限制，使得探测温度较低、质量较轻的行星成为可能。相比之前技术探测到的2至10木星质量的行星，TWA 7b的发现代表了直接成像行星质量门槛的重大突破。
该发现还为行星形成理论提供实证支持，说明即使在恒星系统仅数百万年的早期阶段，亚木星质量的行星也能形成并影响周围碎屑盘的结构。此外，TWA 7b作为一颗低温、弱辐射环境下的行星，为未来研究冰巨星类行星的内部构造和大气成分提供了宝贵的机遇。未来通过更多阶段JWST的多波段观测及光谱分析，可以进一步限定其金属丰度、温度和大气特性，深化对亚木星行星物理性质的理解。TWA 7系统中还存在其他两个热红外源：一个被确认是远距离的背景星系，另一个性质尚待确认。相比之下，TWA 7b独特的位置和特征使其成为迄今为止直接成像的最轻质量行星之一。行星轨道周期长达约550年，短期内难以通过轨道运动确认共动关系，这对后续动态观测提出了一定挑战。
但通过长周期监测结合碎屑盘结构变化，或可进一步验证其行星身份。此次发现充分展现了JWST在行星科学研究中的巨大潜力。随着更多年轻恒星及其碎屑盘系统的高灵敏度观测，预计将揭示更多亚木星甚至类地行星级别的行星，为解锁行星形成与演化的奥秘带来新视野。总的来说，TWA 7碎屑盘中亚木星质量行星的发现，标志着天文学家走出了探测高质量行星的时代，开启了对低质量冷行星直接成像的新纪元。这不仅丰富了我们对行星形成机制的认识，也为研究太阳系之外的多样化行星系统提供了关键样本。随着观测技术和理论模型的不断完善，未来对年轻恒星周围低质量行星的探索必将带来更多令人振奋的科学突破。
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