ALMA 首次看見恆星形成中的「磁煞車」作用

中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2026年2月3日

在恆星形成的過程中，原恆星周圍會逐漸形成一個吸積盤。這個吸積盤是外圍包層中的氣體向內塌縮、累積而成。然而，旋轉中的氣體若轉速過快，將無法被恆星的重力有效束縛，反而會被甩向外層。觀測顯示，多數低質量原恆星周圍的吸積盤半徑通常只有約10到100天文單位，這意味著在氣體由包層進入吸積盤的過程中，必須存在某種機制，能有效移除多餘的角動量。天文學家長期以來推測，磁場透過所謂的「磁煞車」（magnetic braking）在其中扮演關鍵角色，但過去一直缺乏直接的觀測證據。

在中央研究院天文及天文物理研究所（ASIAA）李景輝特聘研究員的指導下，當時就讀於國立臺灣師範大學（NTNU）大學部的學生林雋恒，利用位於智利高原的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA），透過C¹⁸O（J=2–1）分子譜線，繪製年輕恆星形成系統HH 111 VLA 1的結構。HH 111 VLA 1位於獵戶座，是一個深嵌於向內塌縮包層中的原恆星系統，周圍擁有一個半徑約160天文單位的顯著吸積盤。先前的研究已指出，在吸積盤形成之前，包層中的氣體角動量便已出現明顯下降。

透過涵蓋範圍更完整的觀測資料，本研究首次清楚捕捉到氣體在包層與吸積盤交界處，旋轉速度突然下降的現象。我們發現在距離恆星約600天文單位的位置，氣體的旋轉速度僅約為角動量守恆理論預期值的95%，形成一個明顯的「減速帶」（rotation dip）結構。這顯示在該區域存在一股力量，正將角動量由內側氣體傳遞至外層，而最合理的解釋，正是磁場透過磁煞車所產生的作用。

當氣體高速旋轉時，會拖曳周圍的磁力線，使磁場產生反作用力，如同被拉緊的橡皮筋一般抑制氣體旋轉，進而降低其轉速。這使得氣體得以繼續向內聚集，順利進入吸積盤並促進恆星成長。這項觀測結果與多項磁流體動力學模擬高度一致，讓我們首次在實際天體中，直接看見磁煞車如何影響氣體運動並帶走角動量。

這項成果不僅有助於釐清恆星與行星盤的形成機制，也讓我們更接近理解太陽系早期誕生的關鍵過程。未來若能結合包層與吸積盤中的偏振觀測，將可直接描繪磁場的形狀與結構，進一步驗證磁煞車在恆星形成過程中的角色。

論文第一作者、目前為國立清華大學碩士生的林雋恒表示：「過去在包層與吸積盤的過渡區域中，要觀測到如此明顯的速度變化相當困難。這項發現突顯了磁場在恆星形成過程中的關鍵作用，也讓我們有機會在更多系統中尋找類似的現象。」

中研院天文所副所長李景輝指出：「透過更高解析度的ALMA觀測，我們得以進一步追蹤這個系統，並清楚解析角動量下降發生的具體位置。」

更多資訊：

阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，簡稱ALMA）是由歐洲、北美、東亞與智利共和國合作建造的國際天文設施。ALMA的經費來源包括三部分：歐洲地區由歐洲南天天文台（ESO）支應；北美地區由美國國家科學基金會（NSF）、加拿大國家研究委員會（NRC）、與臺灣的行政院國科會（NSTC）共同支持；東亞地區則為日本國家自然科學研究機構（NINS）、台灣中央研究院（AS）和韓國天文研究院（KASI）共同籌措。 ALMA的建設和運營是由歐洲南天天文台代表歐洲，美國的國家電波天文台（NRAO）代表北美，以及日本的國立天文台（NAOJ）代表東亞。ALMA 天文臺聯合中心（JAO）統籌管理施工、試運轉和運作事宜 。

本篇論文發表於2025年12月8日出版的天文物理期刊快訊（Astrophysical Journal Letters），篇名：The Rotation Dip in the Envelope–Disk Transition of HH 111: Evidence for Magnetic Braking

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中央研究院天文及天文物理研究所 李景輝特聘研究員

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