利用 JWST NIRCam 在反射光下探测系外星环

在对拥有星环系统的冷巨系外行星进行直接成像时，星环反射的光在近红外波段可能比行星的热辐射和反射光更亮。因此，系外星环可能在显著低于对系外行星本身成像所需的对比度下被探测到。本文利用 NIRCam 日冕仪 PanCAKE 模拟对两颗邻近的成熟恒星 Proxima Centauri 和 Tau Ceti 的观测，研究了近红外反射光下系外星环的可探测性。在最乐观的假设下，我们发现 JWST 2$\mu$m NIRCam 日冕仪（F200W + MASK335R）能够探测到半径为土星 A 环 2.8 倍的系外星环系统，适用于轨道半长轴为 a = 1.3-1.9 AU 的行星。更广泛的模拟表明，NIRCam 可以探测成熟系外行星周围与环行星盘大小相当的大型行星星环系统，其半径可达土星 A 环的 1000 倍。这些结果表明，在合适的条件下，NIRCam F200W 日冕仪能够在反射光下偶然探测到大型系外星环。对已确认系外行星的 F200W 日冕仪观测结果进行综合分析，可以为大型系外星环的出现率提供首个经验约束。确认介于环行星盘与太阳系巨行星星环尺度之间的系外星环的存在与频率，可为行星系统的形成、演化与构型提供新见解。