2018年6月20日

 

中研院天文所和美國亞利桑那大學合聘的董若冰博士，與他帶領之國際團隊，在新生恆星MWC 758周圍的年輕行星盤，找到可能有行星形成的有力線索。由阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡（簡稱為ALMA）取得的「超」高解析圖像，不僅顯示出這個盤面有一個偏離中心的空洞，還有一個先前在反射光中看到的對應旋臂！

董若冰指出，「我們在原恆星周圍的行星盤上，能看到各式各樣的『結構』，那到底是什麼造成的？這個問題已讓天文學家們困惑了十年多。」「這次我們的觀測成果很令人振奮，因為有這個系統呈現大量新細節，提供了這些結構是怎麼形成的關鍵線索。」

 

回顧過去，從2000年初期開始，天文學家已經在幾十個圍繞新生恆星的盤面上，發現為數頗豐的「結構」，包括：環、縫隙、塵埃團塊、旋臂狀特徵等等。天文學家認為行星正在其中形成，因此稱之為｢原行星盤｣。

天文學家對這些結構的起源是什麼，討論相當激烈。其中一種看法認為，這些現象是由尚未被看到的行星所造成。正在形成的行星與盤重力相互作用，行星會在盤面打開一些縫隙，也會造成塵埃團塊，或激發出旋臂。

 

另一陣營則提出不用行星也能解釋結構形成的理論。例如，位於中心的大型空洞特徵，可能是「光致蒸發」（photoevaporation）的結果，因來自中心恆星的高能輻射將內側盤蒸發而造成空洞。此外，有些學者也提出在某些特定情況下，盤上的陰影可能會投射出好像在反射光中看到的旋臂狀特徵。

MWC 758 是與我們相距約500光年的新生恆星，有原行星盤圍繞其外。2012年時，在反射光中，天文學家發現盤面上有一對相當對稱的巨型旋臂。而在毫米波的塵埃熱輻射和氣體分子發射線觀測中，則發現了中心有個大空洞，另外，還觀測到兩大塊塵埃團。

 

在新的ALMA圖像中，看到了先前已知的 MWC 758 內側空洞，呈現偏離恆星中心的橢圓，且恆星位於此橢圓的其中一焦點上。毫米波的塵埃發射線觀測，則與先前在反射光中看到的其中一個旋臂吻合。猶為難得的是，這兩項特徵都是首次在原行星盤中發現。

中研院天文所的呂聖元博士說：「MWC 758 是稀有品種！」「幾乎所有主要的結構型態在這個系統中都找到。在已知原行星盤中，它是少數幾個展現出一整套很齊全的行星形成證據的案例。」

 

2015年時董若冰博士和合作者曾提出看法認為，在MWC 758 所看到的雙旋臂現象，可能是受到某個位於盤外的超級類木星行星的驅動造成。

「這次ALMA觀測到的新結果，使『結構形成起源與行星形成有關』的理論敘述得到了極佳的觀測支持」，日本工學院大學的武藤恭之博士說，「例如，行星和盤面的相互作用，很容易就能解釋為什麼空洞是橢圓形──『行星在以恆星為焦點的橢圓軌道上運行』，正是克卜勒第一定律！」

 

相反地，觀測到的這個離心空洞，則強烈不支持其他諸如光致蒸發的候選解釋，因為缺乏方位性。

事實上，塵埃的毫米波發射線觀測到的南側旋臂，顯示出這是個物質造成的密度旋臂。相對地，其他認為旋臂是盤上陰影等等理論，則無法重現這次實際觀測到的結果。新的ALMA資料庫展現了超高解析力，還偵測到反射光和塵埃發射此兩者間在旋臂位置方面出現輕微偏移，這項特徵也和「由行星所誘發的密度波模型」共趨一致。

 

北海道大學的秋山永治博士表示：｢這些令人讚嘆的新細節只有ALMA驚人的解析度才辦的到！我們充分使用ALMA特有的長基線特性，使MWC 758成為少數幾個『ALMA超高解析盤』的一員。｣

 

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(A) 透過ALMA望遠鏡取得MWC 758在波長0.87毫米的連續發射譜線影像。可解析到約 6.5AU，大小如左下角圓點標示。

(B) 在圖上標示出盤面各種結構：綠色虛線標示的是盤邊界；正中心的小圓圈標記恆星的位置；兩圈綠色實線圈住的是兩團朝兩端延伸的明亮團塊；白色的實線弧、點線弧和虛線弧分別標出由內到外的三個環狀結構；較短的白色箭頭所指的地方，是文中所提到的南側旋臂。