破紀錄! 我天文學家找到一結構特徵豐富的原行星盤，成為行星已形成於盤上的強力證據

(中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，時間：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！

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。｣

本研究論文發表於2018年6月20日出版的天文物理期刊，論文名稱為"The Eccentric Cavity, Triple Rings, Two-Armed Spirals, and Double Clumps of the MWC 758 Disk"，

研究團隊名單：Ruobing Dong (U. of Arizona, USA; ASIAA, Taiwan), Sheng-yuan Liu (ASIAA, Taiwan), Josh Eisner (University of Arizona, USA), Sean Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), Jeffrey Fung (UC Berkeley, USA), Zhaohuan Zhu (UNLV, USA) Eugene Chiang (UC Berkeley, USA), Jun Hashimoto (Astrobiology Center, NINS, Japan), Hauyu Baobab Liu (European Southern Observatory, Germany), Simon Casassus (University of Chile, Chile), Thomas Esposito (UC Berkeley, USA), Yasuhiro Hasegawa (JPL/Caltech, USA), Takayuki Muto (Kogakuin University, Japan), Yaroslav Pavlyuchenkov (Russian Academy of Sciences, Russia), David Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), Eiji Akiyama (Hokkaido University, Japan), Motohide Tamura (The University of Tokyo; Astrobiology Center, NINS, Japan), and John Wisniewski (U. of Oklahoma, USA)

其他相關網頁：

中研院天文所研究成果發表：https://www.asiaa.sinica.edu.tw/news/sciencehighlight.php

ALMA Discover Exciting Structures in a Young Protoplanetary Disk That Support Planet Formation