一半以上的恆星都是作為多恆星系統的成員誕生的，但人們對多恆星的形成過程並不十分了解。因此，解開多恆星形成機制之謎對於建立全面的恆星形成理論非常重要。迄今為止，已經提出了幾種多恆星形成的方案，關於形成方案的討論尚未趨於一致。

三顆原恆星IRAS 04239+2436 的藝術印象。資料來源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）

要了解多恆星的形成過程，就必須利用像ALMA 這樣的高解析度和高靈敏度設備，直接觀測多顆原恆星（形成中的恆星）誕生的瞬間。此外，最近對原恆星的觀測經常報告出被稱為”流線”的氣體結構，即流向原恆星的氣體流。

觀測這些流線非常重要，因為它們顯示了原恆星是如何吸收氣體成長的，但目前還不清楚這些流線是如何形成的。由於預計多恆星系統原恆星周圍的氣體流具有複雜的結構，因此利用ALMA的高解析度進行詳細觀測是研究氣體流起源的強大工具。

三元原恆星IRAS 04239+2436 周圍的氣體分佈，（左）ALMA 觀測到的SO 發射，（右）超級電腦ATERUI 數值模擬再現。左圖中的原恆星A 和B 顯示為藍色，表示來自原恆星周圍塵埃的無線電波。在原恆星A 中，被認為存在兩顆未解決的原恆星。右圖中，三顆原恆星的位置以藍色叉號表示。資料來源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J.-E. Lee et al. Lee et al.

詳細觀測和發現

研究團隊利用ALMA 觀測了年輕多恆星系統IRAS 04239+2436 周圍一氧化硫（SO）分子發射的無線電波。IRAS 04239+2436 是一個”三元原恆星系統”，也就是由三顆原恆星組成的系統，距離我們約460 光年。研究團隊期待在出現衝擊波的區域探測到SO 分子，並看到原恆星周圍劇烈的氣體運動。觀測結果是，他們在三倍原恆星周圍探測到了SO 分子，並發現SO 分子的分佈形成了延伸達400 天文單位的大旋臂。此外，他們還根據多普勒效應引起的無線電波頻移，成功地獲得了含有SO 分子的氣體的速度。

根據氣體運動的分析，他們發現SO分子追蹤到的螺旋臂確實是流向三倍原恆星的流線。李說：”我們的ALMA影像最深刻的特徵是在SO輻射中探測到了輪廓清晰的大型多臂結構，”他解釋了這一發現的意義。”我的第一印像是，這些結構在一起跳舞，圍繞著中心原恆星系統旋轉，不過，後來我們發現，旋臂是哺育小恆星的物質通道”。

超級電腦”ATERUI”模擬多恆星形成。影片顯示，多顆原恆星誕生於絲狀湍流氣體雲中，它們在運行過程中會激發螺旋臂並擾動周圍的氣體。資料來源：松本智明、武田孝昭、4D2U 計畫、日本國家天文台

意義和比較分析

為了進一步研究氣體運動，研究團隊將此觀測得出的氣體速度與數值模擬得出的速度進行了比較。這些模擬是利用日本國立天文台計算天體物理學中心的天文學專用超級電腦”ATERUI”和”ATERUI II”進行的。在模擬中，氣體雲中形成了三顆原恆星，三顆原恆星周圍受到擾動的氣體激發了螺旋臂形式的衝擊波。

“我們發現，螺旋臂表現出氣體流向三顆原恆星；它們是向原恆星提供氣體的流線，”主持這項研究數值模擬的松本說。”模擬所得的氣體速度與觀測結果非常吻合，顯示數值模擬確實可以解釋流線的起源。”

多星形成的混合方案

透過比較觀測資料和數值模擬結果，研究團隊研究了這顆三重原恆星是如何誕生的。到目前為止，多恆星的形成有兩種方案。第一種是”湍流碎裂情境”，即湍流氣體雲碎裂成氣體凝聚體，每個凝聚體演變成一顆原恆星。第二種是”圓盤碎裂情境”，即一顆原恆星周圍的氣體圓盤碎裂，形成一顆新的原恆星，從而產生多顆恆星。

這裡觀測到的三倍原恆星可以用一種混合情景來解釋，即恆星形成過程開始時是一個湍流原生氣體雲，類似於湍流碎裂情景，然後，新的原恆星種子在盤中產生，類似於盤碎裂情景，周圍的氣體湍流導致旋臂廣泛延伸。觀測結果與模擬結果非常相似，這表明觀測到的三倍原恆星是第一個被證實透過混合方案形成多恆星的天體。

松本說：”這是首次同時全面地闡明原恆星和流星的起源。ALMA觀測與模擬的結合是揭示恆星形成秘密的有力工具。”

對行星形成與未來研究的影響

李認為，這項研究也揭示了多恆星系統中行星形成的困難。她說：”行星誕生於圍繞原恆星形成的氣體和塵埃盤中。在這個三原恆星系統中，原恆星位於一個很小的區域內，原恆星周圍的星盤很小，環繞原恆星運行的原恆星將星盤從其他原恆星上剝離。行星是在長期平靜的環境中形成的。因此，IRAS 04239+2436 不太可能是一個有利於行星形成的環境”。

松本討論了這項研究對我們理解多恆星形成的影響。”透過混合方案實際觀測到一個正在形成中的多恆星系統，將大大有助於解決有關多恆星形成方案的爭論。此外，這項研究不僅證實了最近注意到的流線體的存在，還解釋了它們是如何形成的，這標誌著一項重大進展”。

Jeong-Eun Lee 等人在《天文物理學雜誌》（Astrophysical Journal）上發表的論文《分子線成像的三重原恆星系統的三重旋臂》（Triple spiral arms of a triple protostar system imaged in molecular lines）介紹了這項研究。