根据最广泛接受的理论，行星系统是由大量尘埃和气体云形成的，这些尘埃和气体云在年轻恒星周围形成圆盘。随着时间的推移，这些圆盘会吸积形成大小、成分和与母星距离各不相同的行星。在过去的几十年里，中红外和远红外波长的观测导致在年轻恒星(不到1亿年)周围发现了碎片盘。这使得天文学家能够研究早期历史中的行星系统，为系统如何形成和演化提供新的见解。

天文学家直接拍摄了一颗围绕类日恒星运行的木星大小行星

这包括SSphere红外线系外行星调查(SHINE)联盟，这是一个致力于研究恒星系统形成的国际天文学家团队。使用ESO的甚大望远镜(VLT)，SHINE合作最近在可见光和红外波长下观察并描述了附近恒星(HD114082)的碎片盘。结合来自NASA的凌日系外行星太空卫星(TESS)的数据，他们能够直接拍摄到一颗嵌入圆盘中的气态巨行星，其大小是木星的许多倍(“超级木星”)。

SHINE团队由苏黎世联邦理工学院粒子物理和天体物理研究所(IPA)的NataliaEngler博士领导。来自欧洲南方天文台(ESO)、太空望远镜科学研究所(STScI)、马普天文学研究所、中央研究院天文与天体物理研究所以及多个天文台和大学的天文学家加入了她的行列。描述他们发现的论文计划发表在《天文学与天体物理学》杂志上，目前可在arXiv预印本服务器上找到。

正如他们在论文中所述，该团队依靠VLT上的光谱偏振高对比度系外行星研究(SPHERE)仪器拍摄了HD114082的光学和近红外图像，HD114082是一颗F型恒星(一颗黄白矮星))位于天蝎座-半人马星协——一个距地球约310光年的星团。与SHINE团队调查的500颗恒星一样，HD114082是一颗被原行星碎片盘(行星由此形成)包围的年轻恒星。近几十年来对这些圆盘的观察表明，它们是行星系统不可或缺的一部分：

正如Engler博士通过电子邮件告诉UniverseToday的那样，这些调查可以追溯到1983年以及在织女星周围发现第一个圆盘。从那时起，使用赫歇尔太空天文台和古老的哈勃望远镜等天基望远镜以及阿塔卡马大毫米-亚毫米阵列(ALMA)、双子行星成像仪等地面望远镜在红外波长和散射光下进行了数十项调查(GMI)和SPHERE/VLT。正如她解释的那样：

“这些研究提供了关于行星系统形成和演化的宝贵信息，因为行星是由尘埃物质形成、存在于尘埃物质中并与之相互作用。年轻的碎片盘(在最初的一亿年中)追踪了类地行星形成的过程，并且因此研究它们有助于我们了解类地行星，尤其是地球在年轻太阳系中的动态相互作用和演化。”

使用Sphere，Engler和她的团队使用角差分成像(ADI)和偏振差分成像(PDI)技术在光学和近红外波段观察了HD114082。前者包括在仪器旋转器关闭时从高度-方位角望远镜获取高对比度图像，从而使仪器和望远镜光学器件保持对齐，并且视场相对于仪器旋转。后者涉及组合光的不同入射偏振并测量物体透射或散射的特定偏振分量。

这两种技术都被广泛用于星周碎片盘的研究，并且(根据Engler的说法)揭示了HD114082的一些有趣的事情：

“我们的图像显示，距离主星35个天文单位处有一条明亮的星子带，与太阳系中的柯伊伯带非常相似。碎片带倾斜83°，内腔宽阔。尘埃颗粒，我们在这次观察中追踪到，具有大约5微米的尺寸和0.65的相对较高的散射反照率;这意味着它们散射了将近三分之二的入射恒星辐射，而只吸收了三分之一。散射光具有相对较低的线性度最大17%的极化，然而，这与太阳系中彗星尘埃的极化值相当。”

该团队还查阅了来自TESS的数据，以确认超级木星伴星的存在，天文台于2021年首次使用凌日光度法(又名凌日法)检测到它。与这些数据一致，恩格勒和她的同事证实，这颗行星绕其母星运行的距离约为0.7个天文单位——与金星和太阳之间的距离大致相同。最近基于径向速度测量的观测证实了这颗行星，并产生了大约是木星八倍的质量估计。

恩格勒补充说：“HD114082为年轻的行星系统提供了一个例子，从发现的碎片盘中推断出主恒星存在行星伴星。”“这证实了碎片系统作为年轻行星路标的理论考虑。研究这个和其他类似的行星系统将使[天文学家]能够在太阳系外柯伊伯带的特性与位于其中的行星之间建立联系。”

这项研究的意义超出了对仍在形成中的年轻恒星和行星系统的研究。它们对于研究我们的太阳系也很重要，它与这些原行星环境有一些有趣的相似之处。

恩格勒说：“过去十年的直接成像研究表明，许多碎片盘中的星周物质被限制在环状结构中，类似于太阳系中的两条碎片带：Edgeworth-Kuiper带和主要小行星带。太阳系外柯伊伯带内的空腔被看不见的行星弯曲，这些行星在碎片尘埃分布中留下了印记，例如翘曲、团块和带偏心率。”

最后，这项研究证明了直接成像研究的日益普及和有效性，这要归功于改进的仪器、成像能力和数据共享方法。在不久的将来，下一代仪器将允许进行更准确和详细的直接想象研究。其中包括JWST和南希格雷斯罗马太空望远镜等天基天文台，以及超大望远镜(ELT)、巨型麦哲伦望远镜和三十米望远镜(TMT)等地面望远镜。

通过研究碎片盘的几何形状和不对称特征，天文学家可以预测当前仪器无法探测到的行星的位置和质量。“直接成像使得研究遥远恒星周围尘埃粒子的散射特性成为可能，”恩格勒补充道。“这些属性包含有关粒子组成、形状和大小的信息，因此我们可以深入了解系外行星的组成部分。”