天文新突破！揭開遙遠巨行星「誕生之謎」：重力不穩定理論首次獲證實

記者林育如／編譯

在浩瀚銀河中，遍布無數系外行星，那麼，必定也有不少恆星正處於孕育新行星的過程中。研究這些不同階段的恆星系統，有助科學家破解行星誕生的奧秘，甚至了解我們太陽系行星的演化歷程。不過，要判斷哪些恆星正在造星造行星，以及它們處於哪個階段，向來是個挑戰。如今，一篇發表於《Nature Astronomy》的新論文帶來驚喜，由日本國立天文台與美日多個研究機構共同合作，解開了長久以來困擾天文界的謎題──遠離恆星的巨型氣態行星到底是如何形成的？

有名的HR 8799恆星系統中，巨型行星繞行距離分別高達太陽系地球到太陽距離的20倍與70倍，遠遠超出傳統「核心吸積模型」的合理範圍。該模型認為，行星是由圍繞年輕恆星的「原行星盤」中塵埃與岩石粒子逐漸聚合而成，核心吸引更多氣體和物質。然而，在如此遙遠的軌道上，原行星盤物質稀薄，根本不夠形成巨型行星，且極易被恆星風或重力擾動驅散。既然如此，為何我們還是常見巨大行星存在於這些遙遠軌道？

另一種理論「重力不穩定」可能給出答案。此理論認為，原行星盤內的物質因為自身重力開始分裂並形成「螺旋臂」，類似銀河的螺旋結構。這些螺旋臂會聚集大量物質，進而直接形成巨型行星。不過，螺旋臂的形成原因多樣，也可能是已形成的行星引力擾動所致，因此單憑螺旋臂存在無法證實重力不穩定理論。

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鑑別關鍵在於「螺旋臂的旋轉速度」：若是重力不穩定引起，螺旋臂將以「局部開普勒旋轉」速度運動，外側的物質比內側旋轉得慢；若是由行星引起，螺旋臂則會像腳踏車輻條般「剛性旋轉」。為此，研究團隊利用智利阿塔卡馬大型毫米波陣列（ALMA）七年期間四次觀測資料，對恆星IM Lupi的原行星盤進行「定格動畫」式觀測。

IM Lupi距離地球約515光年，擁有明顯的雙螺旋臂結構，且排除其他可能形成原因。結果顯示螺旋臂隨時間以局部開普勒速度轉動，首次證實原行星盤的螺旋臂由重力不穩定引起。這也意味著巨型氣態行星可在遙遠軌道由此形成，為長久以來的天文謎團提供有力證據。

未來，科學家將繼續使用ALMA對IM Lupi及其他類似系統展開深入研究，探討如「外部物質落入」等對螺旋臂結構的影響。隨著觀測技術進步，我們對系外行星誕生的理解將日益完整，更多精彩的宇宙「定格影像」也將陸續揭曉。

這項研究不僅是天文學界的新里程碑，更讓我們驚嘆於宇宙的美麗與複雜，期待未來有更多發現帶來無限想像！

資料來源：Universe Today、beforeitsnews.com、www.nature.com、alma-telescope.jp