附近的年轻恒星绘架座β（Beta Pictoris）此前已知拥有两颗大质量行星：绘架座β b和绘架座β c。绘架座β b是最早被直接拍摄到的系外行星之一。新确认的绘架座β d将该系统已知行星数量增加到三颗，使绘架座β成为已知第二个包含至少三颗成像行星的行星系统。
然而，天文学家最初并没有将绘架座β d识别为一个光点。相反，他们是通过其大气的独特化学特征识别出它的。研究人员表示，这种方法可以为寻找其他恒星周围的行星提供一种强有力的新途径，特别是在尘埃和碎片导致传统成像困难的环境中。
“这一发现为原本就迷人的行星系统又增添了一块拼图，”Aidan Gibbs说道，他是发表在《天体物理学杂志通讯》（Astrophysical Journal Letters）上的一项新研究的主要作者，也是加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员。“绘架座β长期以来一直是理解行星系统如何形成和演化的实验室，现在我们又多了一颗行星来帮助我们讲述这个故事。”
距离地球较近的年轻行星系统
绘架座β距离地球约63光年，据估计约有2300万年的历史。它的相对年轻和邻近位置为天文学家提供了一个难得的机会，可以观察新形成的行星如何与系统形成后残留的周围尘埃和碎片盘相互作用。
研究人员估计，绘架座β d的质量至少是木星的两倍。即便如此，它似乎是围绕该恒星运行的三颗已知巨行星中最小的一颗。
计算机建模表明，该行星可能在距离绘架座β约30个天文单位的地方运行。这将其置于我们太阳系中海王星所在位置相当的区域内。在该系统已知的三颗行星中，绘架座β d的轨道最宽，尽管它仍然位于碎片盘的内边界之内。
意外发现的行星
研究团队并非利用韦伯望远镜寻找另一颗行星。当天文学家利用韦伯望远镜的NIRSpec（近红外光谱仪）研究绘架座β b的大气层时，绘架座β d意外出现了。
科学家使用了NIRSpec的积分视场单元，这是一种能记录每个像素的图像和光谱的仪器。光谱将光分离成其组成波长，使天文学家能够研究遥远天体的化学成分和运动。
“我们当时并没有在寻找新行星，”Gibbs说。“我们试图了解一颗我们已经知道存在的行星。然后，这个暴露真相的信号出现在了我们意想不到的数据中。”
研究人员原本预期看到由尘埃反射的光产生的平滑光谱，结果却发现了一种峰谷相间的模式。该信号包含排列成条形码状序列的一氧化碳吸收线，这是巨行星大气中常见的特征。
光谱学还使团队能够测量该天体的径向速度，这描述了它朝向或远离观测者的运动。它的速度、位置以及与碎片盘的对齐情况，都与科学家对围绕绘架座β运行的行星的预期相符。
这些测量结果有助于排除其他可能性，例如遥远的背景恒星，或者大气中也含有一氧化碳的褐矮星。
化学证据证实了一个隐藏的世界
“在积分视场单元成像中出现了一个意想不到的亮光源，但我们已经学会不相信图像中的明亮斑点，”加州大学圣地亚哥分校的研究科学家、最初发现该结果的韦伯观测项目的首席研究员Jean-Baptiste Ruffio说道。“它们可能是仪器伪影或碎片盘中的其他结构。通过在获取图像的同时获取光谱，我们能够迅速证实我们的猜想。”
天文学家随后通过台长机动时间申请，利用韦伯望远镜的MIRI（中红外仪器）进行了后续观测。这些观测探测到了水蒸气和甲烷，进一步证明了该天体是一颗行星，并揭示了关于其大气的更多细节。
与传统成像相比，这种方法为研究人员提供了一个重要优势。从第一次观测开始，他们不仅能确定该天体是一颗行星，还能开始研究其大气化学成分和物理性质。
“光谱包含着惊人的信息量，”Ruffio说。“你不仅知道某物是一颗行星；你还能立即开始了解它的温度、化学成分和运动。”
一项独立的成像调查也支持了这一发现。该工作由爱丁堡大学的Ben Sutlieff和欧洲南方天文台的Markus Bonse领导。利用欧洲南方天文台甚大望远镜和韦伯望远镜NIRCam（近红外相机）的观测数据，研究人员独立验证了绘架座β d的存在。
穿透宇宙“迷雾”发现行星
绘架座β d多年来未被探测到，因为它嵌藏在天文学家观测到的最明亮的碎片盘之一中。
盘中的尘埃散射来自中心恒星的光，产生类似雾的效果。这种眩光使得标准成像方法难以将行星与附近的尘埃结构和其他光源区分开来。
韦伯望远镜的光谱方法使研究人员能够透过大部分这种混淆进行观测。科学家不再仅仅依赖行星的可见亮度，而是分离出行星大气特有的窄分子信号。
绘架座β d的存在也可能有助于天文学家理解该系统碎片盘的不寻常外观。该碎片盘具有JianCe的内部边界以及其他几种难以解释的结构。
天文学家此前曾提出，一颗类似绘架座β d的未发现行星可能正在塑造该盘并产生其中一些特征。它的发现现在为该盘的不寻常结构为研究人员提供了一个可能的解释。
发现系外行星的新方法
这一发现不仅仅是向绘架座β系统增加了一个新世界。它展示了一种在复杂和多尘环境中探测系外行星的新策略。
绘架座β d是第一颗主要通过中等分辨率光谱学发现的直接成像行星。结果表明，天文学家可以通过识别行星大气的分子指纹来定位天体，而不完全依赖传统的日冕仪成像。
当行星被明亮的碎片盘或其他结构遮挡，导致难以在普通望远镜图像中分辨时，这种能力可能显得尤为宝贵。
研究人员打算继续分析韦伯望远镜的观测数据，以完善对绘架座β d的温度、大气成分和轨道的估算。这些研究可能会为我们提供关于太阳系以外最著名的行星系统之一的更详细视图。
韦伯望远镜对遥远世界的视野不断拓展
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开太阳系内的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由NASA（美国国家航空航天局）主导的国际项目，其合作伙伴包括ESA（欧洲航天局）和CSA（加拿大航天局）。