MINDS：JWST-MIRI 对 $^{13}$CO$_{2}$ 的探测表明原行星盘中富含 CO$_{2}$

我们展示了来自 MIRI 中红外盘巡天（MINDS）GTO 计划的低质量金牛 T 型星 GW Lup 周围原行星盘的 JWST-MIRI MRS 光谱。我们识别出来自 $^{12}$CO$_{2}$、$^{13}$CO$_{2}$、H$_{2}$O、HCN、C$_{2}$H$_{2}$ 和 OH 的发射，其中 $^{13}$CO$_{2}$ 是在原行星盘中首次被探测到。我们利用这些分子作为探针刻画 GW Lup 盘内几天文单位内的化学和物理条件。JWST-MIRI MRS 的光谱分辨率配合高信噪比数据，对于识别这些物种并确定其柱密度和温度至关重要。这些分子的 $Q$ 支，包括热带的 $Q$ 支，对温度和柱密度尤其敏感。我们发现 GW Lup 盘中 $^{12}$CO$_{2}$ 的发射来自约 400 K 的光学厚发射。$^{13}$CO$_{2}$ 光学更薄，且基于约 325 K 的较低温度，可能示踪比 $^{12}$CO$_{2}$ 更深的盘内和/或更大的发射半径。推导出的 $N_{\rm{CO_{2}}}$/$N_{\rm{H_{2}O}}$ 比值比先前基于 \textit{Spitzer}-IRS 数据对 GW Lup 及其他目标所得结果高出几个数量级。这一高柱密度比可能是由于 H$_{2}$O 与 CO$_{2}$ 雪线之间的内腔和/或整体较低的盘温度。本文展示了 JWST 通过微弱且此前未见的分子特征探测内盘结构与化学的独特能力。