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中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2025年6月24日
由九州大學與中央研究院天文及天文物理研究所（ASIAA）的研究生所司歩夢領導的研究團隊，利用一種新的影像技術，從阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列 （簡稱為ALMA）的資料庫中，看見了過去看不清楚的「原行星盤」。研究目標是蛇夫座恆星形成區中的 78 個原行星盤，這些由氣體和塵埃構成的盤，是恆星誕生後不久所形成的，也就是行星誕生的「搖籃」。新的資料處理技術首度揭露出許多盤的內部結構，例如環和旋臂，這在以前的觀測中是看不到的。特別的是，在許多非常年輕的恆星（大約出生後幾十萬年內）周圍就發現了這些特徵，顯示恆星和行星很可能是在同個氣體與塵埃的環境中一起成長的，對了解行星是怎麼形成的很有幫助。
行星何時開始形成？盤中的細節是關鍵
想要知道像太陽系這樣的行星系統是什麼時候開始形成的，就是找尋生命起源的第一步，關鍵就在於這些原行星盤中的內部結構。原行星盤圍繞著剛出生的恆星，由低溫氣體和塵埃構成。如果裡面有行星在形成，它的重力會影響周圍的物質，可能會形成環或旋臂。也就是說，這些結構就像是正在形成的行星發出的「訊息」。為了看到這些細節，需要使用像 ALMA 這種能進行高解析度電波觀測的望遠鏡。
過去有很多使用 ALMA 對原行星盤的觀測，其中兩個大型計畫 DSHARP 和 eDisk，透過高解析度觀測揭示了原行星盤中塵埃的詳細分布情形。DSHARP 觀測了 20 個誕生超過一百萬年的拱星盤（circumstellar disks），發現這種內部結構很常見。而 eDisk 研究的是比較年輕、還在大量吸收物質的 19 個原恆星盤，年齡大約一萬到十萬年而已。結果顯示年紀越小的恆星，周圍的盤越不容易看到明顯結構，顯示這些盤會隨著時間改變。
那麼問題來了：到底是在什麼時候，這些代表行星形成的結構會出現？要回答這個問題，需要觀察更多「中間年齡」的盤，但高解析度觀測需要時間和近距離的目標，所以樣本數一直有限。
新技術大突破 — 舊資料也能看見新細節
為了突破這個限制，研究團隊使用了一種新的「稀疏建模」（Sparse Modeling） 超高解析成像法。在電波天文學中，因為觀測資料不完全，通常需要假設來重建影像。這種新方法可以用更準確的假設，讓影像的解析度大幅提升。研究使用了日本團隊開發的開源軟體 PRIISM（全名為Python module for Radio Interferometry Imaging with Sparse Modeling），對 ALMA 的公開資料重新處理，針對距離地球約 460 光年的蛇夫座區域中的 78 個原行星盤進行分析。
結果顯示，有超過一半的盤看起來比傳統的成像法清楚三倍以上，和 DSHARP、eDisk 的解析度差不多，但樣本數卻是前兩個計畫的近四倍。研究發現 27 個盤出現了環狀或螺旋結構，其中 15 個還是第一次被發現。
接著他們把這些資料和 eDisk 的結果一起分析，發現當原行星盤的半徑大於 30 天文單位（au）時，即使恆星才剛出生幾十萬年，盤的內部結構就已經開始出現。這表示行星的形成可能比過去想像的還要早，而且發生在盤中還有很多氣體與塵埃的時候。換句話說，行星和恆星是一起長大的。研究主持人所司歩夢表示：「這次的研究成功填補了 DSHARP 與 eDisk 之間的觀測空白，也展現出高解析度與大量樣本兼具的新技術威力。雖然這次只研究了蛇夫座的區域，但未來也會觀察其他恆星誕生區，看看這樣的現象是不是普遍存在。」
※補充說明：恆星年齡是用「熱溫度」（bolometric temperature）來估算的，是根據天體在所有波段上的總亮度推算出的溫度。溫度越高代表恆星越成熟，650 K 的熱溫度代表該恆星大約誕生了一百萬年。
這是一組比較蛇夫座恆星形成區中原行星盤的影像，分別使用稀疏建模超高解析成像法 （紅字標題）與傳統成像法 （黑字標題）所製作。每個影像左下角的白色橢圓表示解析度，橢圓越小代表解析度越高；右下角的白線則表示30天文單位（au）的尺度。影像中恆星的演化階段依照從左到右、由上而下的順序逐漸發展。圖片來源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), 所司歩夢團隊
本研究位於蛇夫座恆星形成區的天體（圓圈）與 eDisk 計畫（方塊）所觀測天體的熱溫度與塵埃盤半徑的關係分布圖。圖中以紫色、紅色與黃色標記的點，分別代表具有明顯結構或可能具有內部結構的原行星盤。當熱溫度為 650 K 時，代表中央恆星的年齡約一百萬年，這顯示出原行星盤中的特徵性結構甚至可能在更早的階段就已開始出現。圖片來源：所司歩夢團隊
藝術家描繪的想像圖，呈現一顆恆星誕生後數十萬年內，在其周圍原行星盤中形成的特殊內部結構。圖片來源：Y. Nakamura, 所司歩夢團隊
參考資料：
參考資料：
阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，簡稱ALMA）是由歐洲、北美、東亞與智利共和國合作建造的國際天文設施。ALMA的經費來源包括三部分：歐洲地區由歐洲南天天文台（ESO）支應；北美地區由美國國家科學基金會（NSF）、加拿大國家研究委員會（NRC）、與臺灣的行政院國科會（NSTC）共同支持；東亞地區則為日本國家自然科學研究機構（NINS）、台灣中央研究院（AS）和韓國天文研究院（KASI）共同籌措。 ALMA的建設和運營是由歐洲南天天文台代表歐洲，美國的國家電波天文台（NRAO）代表北美，以及日本的國立天文台（NAOJ）代表東亞。ALMA 天文臺聯合中心（JAO）統籌管理施工、試運轉和運作事宜 。
本篇論文發表於2025年４月出版的日本天文學會會刊（Publications of the Astronomical Society of Japan），篇名：ALMA 2D super-resolution imaging survey of Ophiuchus Class I/flat spectrum/II disks. I. Discovery of new disk substructures
媒體聯絡：
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周美吟博士，中央研究院天文及天文物理研究所
(02) 2366-5415，cmy@asiaa.sinica.edu.tw
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