揭開行星形成關鍵一步：氣體如何轉變為旋轉盤

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每一顆行星，包括太陽系中的所有行星，都是在環繞年輕恆星旋轉的氣體與塵埃盤中誕生。當緻密的分子雲核心在自身重力作用下塌縮時，外圍的氣體與塵埃會持續向內供應物質，形成恆星及其周圍的盤。天文學家早已知道行星會在這些盤中形成，並遵循克卜勒運動（即在重力作用下繞質量遠大於自身的中心天體運行的橢圓軌道），但這些由外圍向內落入的氣體，究竟如何轉變為盤中具有高度規律與穩定性的旋轉結構，這一關鍵過程數十年來始終未解。

如今，由中央研究院天文及天文物理研究所博士後研究員 Indrani Das 領導的新研究，找到了關鍵拼圖，並首在真實的年輕恆星系統中觀測到相關證據。

研究顯示，向內落入的氣體與盤內物質在運動性質上存在明顯差異，前者速度較慢且較為混亂，而後者則呈現有序旋轉。過去理論多認為兩者之間的轉換是瞬間完成，但數值模擬與觀測結果顯示，實際上這個過程是在一個有限範圍內逐漸發生。

研究團隊透過模擬氣體雲塌縮形成恆星與盤的過程，發現這種轉變會留下可辨識的訊號，並指出其根本原因在於質量與角動量在形成過程中的重新分配。這一機制決定了原本旋轉較慢的氣體，如何逐步轉變為穩定的克卜勒運動，進而建立起行星形成所需的盤狀結構。這項發現也為理解恆星與行星系統（包括太陽系）的形成機制，帶來重要突破。

為驗證這個過渡區是否存在於自然界，研究團隊利用阿塔卡瑪大型毫米／次毫米波陣列（ALMA）觀測位於金牛座分子雲、距離約 450 光年的年輕原恆星 L1527 IRS，發現與模擬完全一致的角動量特徵。該過渡區分布於一個相當於地球到太陽距離的 16 倍的區域。這個觀測指標來自旋轉速度的漸進變化，提供了一個診斷框架，有助於理解驅動盤演化的物理機制。

這項發現確立了此類過渡區域為恆星與行星系統形成過程中的基本結構之一，並為未來在銀河系其他年輕系統中尋找類似訊號開啟新的方向。研究團隊認為，這一切才剛剛開始。




▲ 左圖為使用韋伯太空望遠鏡（JWST）之NIRCam拍攝的年輕原恆星系統L1527 IRS，可見氣體與塵埃呈現明顯的雙極外流結構，中央為被塵埃遮蔽的形成中恆星。右圖為對應該系統內部中央區域的結構的示意圖，顯示在氣體與塵埃外圍結構與盤交界處的過渡區，以紅色帶狀環呈現，其中氣體運動由外圍的落入運動，逐漸轉變為年輕恆星周圍原行星盤中的克卜勒旋轉。
右圖為根據數值模擬所得生成的 AI 示意圖。
（Source：Indrani Das / ASIAA）


★ALMA Reveals How Planet-Forming Disks Take Shape
★揭開年輕恆星周圍原行星盤形成之謎

（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖為原行星盤藝術概念圖，來源：ALMA）



資料來源 : technews
https://technews.tw/2026/05/09/how-gas-forms-a-protoplanetary-disk/