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首次發現行星形成證據─次毫米波陣列望遠鏡發現環繞年輕恆星之螺旋結構本院天文及天文物理研究所籌備處與日本國家天文台共同合作，使用由台灣參與製造、位於夏威夷毛納基峰（Mauna Kea）上的次毫米波陣列望遠鏡（Submillimeter Array，簡稱SMA），以高解析率觀測一顆新形成的恆星AB Aur。研究團隊發現位於御夫座的年輕恆星，其周圍的塵埃與氣體盤上有螺旋狀結構，並且第一次觀測到該氣體盤異於其他類似星體的運動模式。研究人員指出，此結構極有可能與巨行星形成活動相關。該研究成果將刊載於95年7月10日出版的美國《天文物理期刊（The Astrophysical Journal）》。

自1985年至今，天文學家已發現至少150顆太陽系外的行星（即環繞其他恆星的行星）。這些行星如何形成至今仍無定論。在恆星形成的過程中，所有的物質（包括氣體和塵埃）會形成一個盤狀結構（原行星盤protoplanetary disk）。盤上的物質環繞在年輕恆星的周圍作圓周運動，同時沿著盤面掉到恆星上，或是經由噴流消散到太空中。一般相信行星是在此階段由原行星盤中的物質，經由重力吸引，或是相互撞擊而形成。2004年日本國立天文台學者利用Subaru望遠鏡於近紅外線波段觀測御夫座一顆年輕的恆星AB Aur（距離地球470光年），首次發現此顆恆星之原行星盤可能具有螺旋狀結構。根據天文理論和電腦數值模擬，行星形成時產生的重力擾動很有可能使得原行星盤產生此種特殊結構。然而由於在近紅外線波段只能觀測到原行星盤表面的散射光，此項觀測無法得知物質真實的分佈狀況以及運動狀態。

本院天文及天文物理研究所籌備處研究團隊遂與日方合作，利用SMA，在次毫米波段觀測AB Aur原行星盤中塵埃的連續光譜輻射，以及一氧化碳氣體分子發射譜線，藉此直接了解原行星盤物質的分佈及運動狀況。SMA是由8座直徑6公尺的天線組合成的次毫米波干涉陣列，具有優異的空間和速度解析率。自2003年11月正式啟用後，便積極於觀測年輕恆星形成的區域。研究團隊指出，毫米波及次毫米波（0.3 mm ~ 3 mm範圍）波段是探索恆星及行星形成時的物理及化學環境時相當重要的工具。經由觀測次毫米波段的連續譜，可得到盤中塵埃的實際密度分佈，而測量氣體分子發射譜線則可測量出氣體的運動情形。由觀測所得的數據與理論模型比對，即可得知原行星盤中物質分佈及運動狀態所受到的擾動情形。研究團隊最新的觀測，成功解析出圍繞AB Aur旁約500個天文單位大小的原行星盤（一天文單位相當於一億五千萬公里）。其0.85毫米波長上的影像確認了Subaru望遠鏡所觀測到的塵埃螺旋臂為實體結構。

此外，一氧化碳的發射譜線成像更顯示出盤中的氣體與塵埃擁有同樣的螺旋狀物質分佈。研究人員並首次獲得氣體的運動速度，且發現其和一般原行星盤的氣體以圓周運動環繞恆星的方式並不相同。研究人員相信，此種特殊的運動狀態和物質分佈，極有可能與原行星盤中巨行星（大約和木星質量相同，約300個地球質量）的形成活動有關。由於巨行星在原行星盤中形成時會產生不對稱的重力場，使得物質在特定位置發生共振現象，進而形成螺旋狀結構。這是截至目前為止天文學家觀測到與行星形成過程最相關的證據，為行星形成的理論提供了觀測上的驗證。本計畫為本院天文及天文物理研究所籌備處研究助理林欣儀（於國立清華大學天文所碩士班就讀期間）與副研究員大橋永芳、林仁良及特聘研究員賀曾樸主任共同合作進行。