地表最大天文望遠鏡ALMA以超高解析度影像看見「行星搖籃」

全世界最大的地面天文望遠鏡「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列」(Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array，簡稱ALMA)，近日開始以長基線模式觀測，取得超高解析度影像，揭露了一顆約一百萬年的年輕恆星HL Tau的周遭環境，讓科學家看見許多前所未見的『行星搖籃』細節，挑戰了先前的理論認知。

這是ALMA截至目前所拍攝最清晰的影像，比NASA(美國航太總署)/ESA(歐洲太空總署)哈柏太空望遠鏡例行性在可見光下拍到的影像還清晰。影像顯示環繞年輕恆星HL Tau的原行星盤。ALMA的這些新觀測揭露出前所未見的盤狀內結構，甚至顯示出行星可能正在形成的位置，如圖中的黑色區塊。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

ALMA由歐洲、北美、東亞與智利共同合作建置，整個陣列由66座天線組成，設置於智利北方5000公尺高山上，是目前地表最大的望遠鏡，其空間解析力超越哈柏太空望遠鏡，是天文儀器發展史上的重要里程。在台灣，ALMA的主力為中央研究院天文及天文物理研究所，分別於2005 和2008 年與「ALMA—日本」團隊以及「ALMA—北美」團隊合作，為ALMA的各項研究計畫做出重要貢獻。

對於ALMA最新取得之HL Tau周遭的影像，台灣團隊計畫主持人賀曾樸院士說：「這張圖像已充分詮釋了我們為什麼要建造ALMA望遠鏡，它讓我們得以窺見行星是如何在像太陽一樣的恆星周圍形成。」此外，他表示這個影像精細地展現恆星盤上微粒塵埃的分布情形，挑戰我們先前對於星盤的發育和行星如何成形的認知。

以前所未有的眼光望入宇宙黎明

從2014年8月底開始，ALMA的天線慢慢搬置到較長的相互距離，在10月13日最長基線已經達到15公里（其他毫米波/次毫米波的干涉儀所提供的天線距離不會超過2公里）。ALMA天文台台長Pierre Cox表示，這次擷取到的HL Tau周圍影像擁有超高解析度，只有ALMA的長基線模式能達成，包括哈柏太空望遠鏡在內的其他天文儀器，都無法提供如此詳盡的新資訊。

HL Tau是一顆距離我們只有450光年的初生恆星。透過僅約太陽到地球五倍距離的解析度，ALMA不僅成功解析了這顆恆星周遭盤狀物質的分布，更呈現許多前所未見的特徵。包括一系列的亮環與黑色斑塊，以及奇特的徑向結構、羽狀特徵和弧形缺口。

｢這些特徵幾乎能確認是源自盤面上正在形成的年輕類行星體。沒有任何理論曾預測過在這種年輕恆星附近，塵埃粒子會是已經沉澱、形成大天體、並產生現在ALMA所看到的盤面構造。」ALMA的副台長Stuartt Corder說，｢在第一張如此高解析度的影像中，我們就已發現到完全沒料到的事。這意味著，也許我們還可以期待更多。｣

這個合成影像顯示初生恆星HL Tau與其周遭環境，由ALMA擷取的資料（右上方塊）與哈柏太空望遠擷取的資料（圖片其餘部分）合併而成。這是ALMA攝得的影像首度在清晰度上超越哈柏在一般情況下所攝取到的影像。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA

像HL Tau這樣的年輕恆星，誕生於重力塌縮的氣體和微粒塵埃雲中。隨著時間過去，剩下的塵埃會黏在一起，變成砂粒、小石頭甚至更大的岩石，落在一層薄薄的盤面上。這些冰凍的石塊會在盤中聚集形成小行星、彗星甚至行星。但是一旦它們的質量夠大，這些年輕行星就會在盤面造成環、缺口和破洞。ALMA的影像提供了目前最清楚的證據，證明這個過程不只發生了，而且發生時間比之前預期得更快更早。

過去30年來，天文學家對行星形成的了解大部分來自於理論，如此次HL Tau周遭的清晰影像，從前只能靠插畫家想像或電腦模擬來傳達。如今藉由ALMA，科學家可以直接觀測到這類細節，不僅顯示ALMA長基線模式能達到的水準，也讓人期待未來它還會為我們帶來哪些前所未見的宇宙樣貌。

資料來源：中央研究院天文及天文物理研究所

整理撰文：胡宗香