臺北市立天文科學教育館

傳統上，行星形成被認為是一個「由小變大」的過程。當原始恆星逐漸成為恆星的同時，行星也被認為由環繞原始恆星的氣體和塵埃盤（即原始行星盤）中的微小顆粒逐步形成。這些微小的塵埃顆粒類似於極細的煤煙或沙粒，是地球形成的最初始階段。這些顆粒在數千萬年間經由隨機碰撞和凝聚不斷增長，從微米級變為毫米級，再到公尺、公里級，最終可能演變成如我們太陽系中的行星等天體。

另一種理論則提出，行星可以通過「由大變小」的過程快速形成。當環繞原始恆星的氣體和塵埃盤過度增長時，盤內可能會形成螺旋臂結構，當螺旋臂中的物質因引力不穩定而分裂時，行星形成的過程隨之展開。最新的研究顯示，在御夫座AB星（AB Aurigae）這顆原始恆星周圍的原行星盤中，發現了符合「由大變小」行星形成理論的觀測證據。這項研究由加拿大維多利亞大學物理與天文系領導，研究團隊中也包括中研院天文所的湯雅雯助研究員。研究成果已發表於《自然》期刊（Speediee et al. 2024）。

目前，天文學家在御夫座AB星的原始行星盤中發現了幾顆正在形成的原行星，它們位於螺旋臂的明顯結構中，呈現出塊狀物體的樣貌，其中一顆的質量為木星的9倍。御夫座AB星的質量約為太陽的2.4倍，年齡約400萬年。這顆恆星的年齡為行星形成帶來了一個難題：傳統的「由小變大」行星形成過程所需的時間不足以解釋這些原行星的形成，那麼這些原行星究竟是透過何種機制形成的？

為解答這個問題，研究團隊使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）進行了高靈敏度和高解析度的觀測，深入探測御夫座AB星周圍行星盤的氣體運動。ALMA是目前唯一能完成此任務的工具之一。類似於核磁共振生成的切片影像，ALMA的觀測資料能構建出原行星盤內氣體的三維結構，同時解析出氣體在沿視線方向的運動。研究發現，螺旋臂中出現了獨特的「擺動」現象。研究團隊的其他成員在2020年便透過模擬預測了這種因引力不穩定所引發的擺動特徵。這個擺動的下一步便是螺旋臂中物質分裂出碎塊，而這些碎塊能快速形成行星。

總結來說，這項研究在御夫座AB星的原始行星盤中發現了因引力不穩定而產生的螺旋臂擺動特徵，這也是行星能通過「由大變小」過程快速形成的直接證據。（編譯 / 段皓元）

資料來源：ALMA

圖說：御夫座AB星周圍的原行星盤中清晰可見的螺旋臂結構、以及過透過ALMA觀測揭示的氣體亮度、溫度、與速度變化。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NSF NRAO), VLT/SPHERE (ESO), Speedie et al.