天文學家透過VLT的SPHERE儀器，揭示年輕恆星周圍塵埃盤的精采圖集

天文學家們近日發布了一批嶄新的影像集，這些影像細膩地呈現了環繞年輕恆星的塵埃光環結構，為我們深入了解行星系統的早期架構提供了寶貴的視角。這項突破性的成果，得益於歐洲南方天文台（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）上所搭載的SPHERE儀器所進行的觀測。

本次研究的範圍涵蓋了161顆距離地球較近的年輕恆星，並成功記錄了其中51個具備潛在行星形成能力的系統。這些系統的共同特徵是擁有「殘骸盤」（debris disks），這些圓盤是由小行星或彗星等天體相互碰撞所產生，本質上與我們太陽系中的小行星帶和古柏帶有異曲同工之妙。SPHERE專案的科學家，來自馬克斯普朗克天文研究所的Gaël Chauvin博士，將這批數據視為一筆「天文寶藏」。這批資料提供了關於殘骸盤特徵的非凡見解，並有助於推斷那些我們尚未直接觀測到的微小天體的存在。研究的重點特別關注了年齡不超過5000萬年的系統，因為在這個時間窗口內，碰撞事件仍頻繁發生，足以產生可被探測到的塵埃訊號。

首次獲得前所未有清晰度的，是四個特定的恆星系統：HD 197481和HD 39060展現了材料流動的銳利邊界（呈現側視角度），而HD 109573和HD 181327則呈現出近乎完美的圓形塵埃環（呈現盤面視角）。與此形成對比的是，諸如HD 145560和HD 156623等系統，其塵埃分佈顯得較為混亂無序，這可能暗示它們正處於演化的較早階段。參與這項工作的研究人員，包括來自蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的Natalia Engler，對這161顆經由紅外輻射確認擁有殘骸盤的恆星數據進行了深入處理。

研究人員們推斷，我們所觀察到的結構，例如那些邊界分明的環狀結構，很可能與那些隱藏在暗處的巨型行星的存在息息相關。這些行星透過其強大的引力，清空了周圍區域的微小物質，這與海王星在我們的太陽系中塑造古柏帶的方式極為相似。從技術層面來看，SPHERE儀器運用了日冕儀來阻擋中心恆星的強烈光芒，並輔以即時校正大氣擾動的適應光學系統，從而能夠捕捉到塵埃散射出的微弱光芒。這些觀測結果為未來的研究奠定了關鍵的基礎，包括後續利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）以及歐洲南方天文台未來建造的極大望遠鏡（ELT）所進行的探測。

值得一提的是，在年齡約為2300萬年的HD 181327系統中，JWST已於2025年5月探測到了結晶水冰塵埃，這有力地證實了在行星形成的早期階段就已存在揮發性物質。在HD 181327圓盤最寒冷的外部區域，水冰的含量甚至超過了20%的物質總量，這完全符合模型預測，即冰粒會被運送到正在形成的行星上。因此，SPHERE對圓盤結構的觀察，與JWST對HD 181327系統中冰的成分分析，兩者相互印證，共同描繪出早期行星系統架構的完整圖像。

從這161個目標中匯集而成的51個已解析的圓盤圖集，強而有力地證明了，相當大比例的年輕塵埃系統，可以透過當前最先進的高對比度成像技術，以散射光的形式被成功描繪出來。透過對不同系統進行統一數據集的比較，科學家們得以辨識出宏觀的趨勢：質量較大的年輕恆星，其殘骸盤的質量往往也較大。這與模型預測相符，即在質量較大的原行星盤坍縮後，會留下更龐大的星子儲備庫。這項研究讓我們得以窺見我們太陽系在四十多億年前，處於早期發展階段時的樣貌。