附近的恒星织女星在人类文化中占有特殊的地位。这颗闪耀的灯塔距离地球仅 25 光年，质量约为太阳的两倍，亮度是太阳的 40 倍，在地球的天空中非常显眼，以至于它吸引了全球古代天文学家的目光。几千年前，它也是我们星球的北极星，直到北极星取代了它的位置，因为地球的轴心发生了摆动。（织女星将在 12,000 年后重新夺回北极星的桂冠）。因此，许多人认为这颗标志性的恒星是寻找生命的有趣场所，其中最重要的是天文学家卡尔·萨根，他在 1985 年的小说《超时空接触》中想象了来自织女星的智能文明信号，该小说于 1997 年被改编成轰动一时的电影。
因此，本月早些时候，当天文学家宣布了一项关于这颗恒星的令人困惑的发现时，人们感到有些失望。他们使用哈勃太空望远镜及其下一代同类詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，以迄今为止最精细的细节观测了织女星，并发现了一些非常出乎意料的东西。这颗恒星尽管已经走过其十亿年寿命的一半左右，但似乎没有形成任何大型天体。“这真的令人惊讶，”亚利桑那大学和空间科学研究所的凯特·苏说，她领导了 JWST 的观测。相反，它有一个围绕恒星的超光滑沙状尘埃盘，虽然它可能仍然隐藏着较小的行星，但似乎没有形成像土星和木星这样的大型天体。“我们真的期望看到一些巨行星，”苏说。这项研究发表在两篇论文中，最初发布在预印本服务器 arXiv.org 上：一篇 已经发表在《天文学杂志》上，另一篇 将发表在《天体物理学杂志》上。
现在已知的 5,500 多颗太阳系外行星分布在各种恒星周围，从被称为红矮星的暗淡恒星到像织女星这样更明亮的恒星。“如今，我们已经习惯于在许多恒星周围发现行星，”丹麦哥本哈根大学的行星形成专家安德斯·约翰森说，他没有参与这项研究。当一颗恒星首次形成时，它被一个碎片盘包围，这是一个由尘埃和气体组成的旋转盘。在行星系统的早期阶段，这些碎片聚结形成越来越大的星子，即行星的岩石构件。最终，这些星子要么停止生长，成为像地球和火星这样的小型类地行星，要么继续生长，积累大量气体，成为像我们太阳系外围行星这样的巨行星。这个过程很快。“大约 1000 万年后，你就会期望大部分行星形成过程已经完成，”亚利桑那大学的斯凯勒·沃尔夫说，他领导了哈勃对织女星的观测。
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织女星是一颗 4.5 亿年历史的 A 型恒星。在之前的研究中，例如NASA 的斯皮策太空望远镜在 2005 年进行的研究，天文学家观测到这颗恒星被一个巨大而明亮的碎片盘包围，该圆盘跨越近 1000 亿英里，其比例大致相当于海王星以外的柯伊伯带。但直到最近的观测，他们才能够非常详细地探测这个圆盘。“现在我们正在将其与火星和木星之间的小行星带进行比较，”沃尔夫说。该团队曾预计会看到巨行星在这个碎片盘中开辟出空隙，类似于我们太阳系中推测发生的情况，但没有出现这样的空隙。研究人员排除了在距离恒星 10 个天文单位（地球-太阳距离的 10 倍）以外存在大于土星的行星的可能性。
NASA 哈勃太空望远镜使用太空望远镜成像光谱仪 (STIS) 看到的织女星星周盘。圆盘的光滑度表明内部没有潜伏着大型行星。
NASA, ESA, CSA, STScI, S. Wolff (亚利桑那大学), K. Su (亚利桑那大学), A. Gáspár (亚利桑那大学)
虽然该团队不能排除存在较小行星的可能性，但圆盘中缺乏巨行星令人费解，并表明那里正在发生一些不寻常的事情，这是我们对行星形成理解中一个未知的障碍。“我们看到尘埃分布非常平滑，”沃尔夫说，而在其他 A 型恒星（如北落师门）周围，观测者发现了一个圆盘，该圆盘显示出由一颗或多颗行星的存在而塑造的清晰结构。“那么问题就变成了‘有什么不同？’”沃尔夫说。“是否发生过某种混乱事件，使得巨行星在一个[圆盘]中形成，而在另一个中没有形成？”
加州大学伯克利分校的碎片盘专家保罗·卡拉斯没有参与这项新研究，他提出了一种可能性：织女星系统可能在其早期行星形成过程中被剥夺了气体，从而阻止了巨行星的生长。“我们不明白为什么行星的形成如此不可预测，”卡拉斯说。“在这里，在织女星和北落师门，你有两颗相似的恒星——但结果却截然不同。科学家不喜欢不可预测性；一件事应该顺理成章地导致另一件事。这表明大自然会让我们感到惊讶。”
加州大学天文台 (UCO) 主任布鲁斯·麦金托什没有参与这项新研究，他认为织女星周围缺乏巨行星并不完全令人惊讶。调查显示，银河系中最多只有 40% 的恒星拥有木星大小的行星，他说。“事实上，我们得到一个周围没有大型行星的圆盘，这感觉并不那么令人惊讶，”他说。“这是一个原始的圆盘，让我想起新下的雪。”织女星也很有趣，因为它一直是碎片盘研究的试金石，由于其亮度和接近度，它是大约 40 年前首次被观测到存在圆盘的恒星。“织女星是原型，是其他恒星周围存在尘埃的第一个暗示，”麦金托什说。“现在我们有了它的美丽图像，这很酷。”
关于织女星周围缺乏观测到的行星的另一种可能性是，它确实形成了巨行星，但它们要么被系统 eject 出来，要么移动到更靠近恒星的位置，以至于我们现在看不到它们。“在恒星的正上方有很多空间可以隐藏一颗行星，”麦金托什说。约翰森提出了另一个建议：可能是恒星的“金属丰度”（其重于氢和氦的元素的丰度）决定了行星的存在。“织女星的金属丰度相当低，只有我们太阳重元素的三分之一，”他说。“可能没有足够的星子来形成行星。”重元素似乎对于巨行星的形成尤为重要，因为它们催化核心快速生长到大约十个地球质量，这是随后气体聚集阶段（在此阶段它们膨胀到巨大的体积）的先决条件。“如果你运行模拟，你在低金属丰度的恒星周围‘形成不了多少东西’，”约翰森说。“在气体盘消失之前，根本没有足够的时间生长。”
这些想法可能会为我们寻找其他世界提供信息。或许我们应该减少关注低金属丰度的恒星，假设它们可能没有很多行星。或者也许情况恰恰相反。“也许[行星系统的]‘宜居性’在高金属丰度时停止，因为这会产生太多的巨行星，”约翰森说；“也许‘金属丰度较低的恒星更有可能拥有类地行星。’”无论答案是什么，虽然我们现在似乎可以排除织女星存在巨行星的可能性，但目前，我们的望远镜还不够强大，无法进行更深入的探测。“我们不排除类地行星的可能性，但其他人必须进行这些观测，”沃尔夫说。