顛覆既有理論！5,500光年外雙原恆星並非同源誕生 而是天體重力俘獲的產物

兩個位於5,500光年外、質量龐大的原恆星，並非從同一個坍縮的盤中誕生——它們來自不同的起源，在一次近乎拋物線的重力接近中相互捕獲，並在這場天體「擦身而過」的餘波中持續互相繞行。這項耗時八年、結合多座望遠鏡觀測結果所獲得的發現，其中包含阿塔卡馬大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）的數據，已於2026年9月7日發表於《自然天文學》九月号，推翻了2019年對同一系統所提出的截然不同的詮釋。

舊有理論為何瓦解

當天文學家於2019年首次研究IRAS 07299-1651這個恆星形成區時，他們從ALMA觀測中歸納出一個熟悉的場景：盤分裂。該系統中兩顆大質量原恆星相距約180個天文單位（AU），大約是太陽到海王星距離的六倍，看似都是從一圍繞在較大質量主星周圍、由氣體與塵埃組成的大型旋轉盤中誕生，重力作用使盤的某個區域塌縮形成伴星。2019年的盤分裂研究描述的雙星系統最小合計質量至少達18個太陽質量，且觀測到的大量級下落氣流似乎與該圖像吻合。

然而，2019年的研究僅能測量徑向速度——也就是原恆星沿著視線方向靠近或遠離地球的運動速率。它無法追蹤這些天體在天空中實際的橫向運動；缺乏這項資訊，便無法建構完整的三維軌道圖像。當時的結論只能說是有根據的推論，而非實證量測。

由上海交通大學第一作者王耀（Yao Wang）及資深研究員張翌晨（Yichen Zhang）領銜的新研究，以根本更豐富的資料集重新檢視此系統。團隊結合了2016年至2023年跨度內多時期的ALMA與詹斯基甚大天線陣（JVLA）電波觀測，加上韋伯太空望遠鏡（JWST）與甚大望遠鏡（VLT）的紅外線影像，得以達成先前幾乎不可能的任務：偵測到每顆原恆星在將近八年期間於天空中真實的「自行」——也就是這些天體視位置的緩慢物理位移。

自行測量揭示徑向速度無法觸及的細節

要在這個系統中偵測自行，需要具備ALMA干涉測量基線才能達到的天體測量精度。ALMA在毫米波和次毫米波波段（0.3至8.5毫米）運作，由66座天線共同作為一座單一望遠鏡，其有效直徑等同於天線之間的最大間距——最遠可達16公里——角解析度可達數個毫角秒。在能夠直接穿透遮蔽原恆星的光學與紅外線望遠鏡的濃密氣體與塵埃外層的波段上，這讓研究團隊得以測量任何其他現行觀測站都無法看見的位置偏移。

氫複合線（HRL）技術提供了互補性的限制條件。每顆原恆星周圍的電離氣體，會在氫原子於高量子數能階之間躍遷時，以特定頻率發射無線電波光子——研究中使用了H30α、H26α、H19α、H40α與H42α等譜線。透過追蹤這些譜線在多個時期的精確重心位置，團隊獲得了每顆恆星的視線方向速度與天空平面位置，精度可達次波束（sub-beam）等級，實現方式是透過譜線擬合。結合這些多維度的量測，便能完整重建三維的軌道運動。

研究團隊接著使用開源Python套件orbitize!（v3.1.0）進行軌道擬合，以馬可夫鏈蒙地卡羅（MCMC）方法對軌道參數的後驗分布進行抽樣。兩種獨立的擬合方法——一種對系統總質量不設先驗，另一種則限制為根據光譜能量分佈建模推導出的約25.9個太陽質量估計值——收斂到同一個令人不安的結果：軌道極度偏離圓形，接近拋物線。

王耀表示：「感覺就像在解一道三維謎題。每增加一筆新觀測數據，就像多了一片拼圖，最終軌道、盤、噴流全部拼合成一個連貫完整的圖像。」

偏心軌道與不對齊盤面：俘獲事件的證據

偏心率為零描述的是完美圓形軌道；偏心率恰好為一描述的是拋物線——也就是束縛軌道與永不返回的軌道之間的邊界。研究團隊最偏好的軌道解落在此邊界附近。光是這種幾何關係，就很難用盤分裂來解釋，因為盤分裂會讓伴星嵌入主星所在的同一旋轉盤中，兩者因此應有大體相近的角動量軌跡——這一點已由盤分裂的理論模型所建立。

真正定案的關鍵在於盤面的不對齊。在盤分裂情境中，兩顆原恆星繼承自同一個母盤的角動量方向——它們各自的周星盤以及相互的軌道面應該大致共平面。IRAS 07299-1651系統完全不是這種情況。團隊發現兩個周星盤都與軌道平面強烈不對齊，且彼此之間也彼此不對齊。這正是兩顆恆星完全獨立形成時所應有的表現——各自以自身的角動量方向旋轉成盤，該方向由各自原恆星核內的局部湍流決定——稍後才因重力而相互遭遇。

安達盧西亞天體物理研究所的共同作者魯本·費德里亞尼（Rubén Fedriani）總結了使這項結果得以實現的關鍵：「無線電波與紅外線觀測的結合，提供了對這個大質量原雙星系統形成過程最精緻的細節。」

兩顆恆星如何捕獲彼此

該論文描述的「核心合併」場景，與盤分裂及密集恆星團中動力學俘獲的傳統圖像都不同。並非兩顆已經形成的恆星近距離通過、將軌道能量耗散進入周星物質中，而是這兩個天體起初是獨立坍縮中的原恆星核——未曾共享共同母盤的密集氣體與塵埃塊。每個核心塌縮形成各自的原恆星，並旋出各自的周星盤。這兩個核心起初未被束縛，在船尾座（Puppis）的恆星形成雲中獨自運動，在近期某個時間點經歷了一次近距離的重力接觸。

最偏好的軌道解暗示，這次接觸的最近點——也就是軌道近星點——大約發生在2016至2023年觀測窗口之前約60年。以天文學的標準來說，這兩顆恆星正在經歷一場發生於人類一生之內的「幾近相撞」事件的直接後果。它們目前共享的軌道，正是那次遭遇留下的疤痕：一個極度延伸的橢圓，勉強算得上是個束縛系統。該系統目前的間距約為200個AU——大約是地球到海王星距離的6.7倍——估算的合計質量約為25.9個太陽質量。

為何大質量雙星形成的研究重要性超越單一系統

幾乎所有的大質量恆星——也就是超過8個太陽質量、作為超新星爆炸前身的那些恆星——都是在雙星或多重星系統中形成。Sana及其合作者的研究發現，超過70%的大質量恆星在生命週期中會與伴星交換質量，約三分之一的近距離大質量雙星最終會合併。

這些交互作用並非邊陲細節——它們決定了一顆大質量恆星究竟是以II型超新星（透過質量轉移剝離氫包層）還是Ib/c型超新星（氫包層在爆炸前已被移除）的方式死亡，決定了驅動伽馬射線暴的核心角動量，也決定了最終合併產生可由LIGO與Virgo偵測之重力波的中子星與黑洞的質量與自旋。

形成當下的軌道架構——圓形或橢圓、共平面或不共平面——直接決定了這些後續交互作用如何展開。偏心軌道會在近星點附近產生脈衝式的質量轉移，演化後果與圓形軌道的穩定質量轉移截然不同。如果「核心合併俘獲」路徑是偏心大質量雙星族群的重要貢獻來源，這意味著現有的雙星族群合成模型——這些模型在不知道形成路徑的情況下，根據觀測到的軌道分布進行校準——可能漏掉了偏心率的某個來源。建立於這些分布之上的超新星爆發率、X射線雙星族群及重力波源率的模型，將帶有源自於不完整組裝圖像的系統性誤差。

IRAS 07299-1651只是單一個案。它的存在證明了這條路徑確實存在。問題在於：它在銀河系大質量雙星中有多普遍？以及現在是否已經能透過ALMA的多時期觀測能力，捕捉到正在發生俘獲過程的系統？

多望遠鏡協作實現的技術成就

支撐這項結果背後的技術成就，取決於波段範圍與時間跨度的結合。ALMA在毫米波與次毫米波段運作，能直接追蹤來自電離周星盤的厘米至毫米波段連續輻射與複合線，即使穿越包圍該嵌入式系統的濃密外層，仍能提供精確的天體測量數據。JVLA將覆蓋範圍延伸至厘米波段，以更長基線探測描繪盤結構的電離氣體與自由-自由輻射。韋伯太空望遠鏡的紅外線影像捕捉了更廣闊的恆星形成環境——指向各原恆星相反方向的雙極噴流，以及由更大分子雲供應的周圍星雲結構——而VLT的KMOS光譜儀則提供了互補性的紅外線光譜。Wang等人2026年論文的數據可用性章節列出了ALMA計畫編號2016.1.00125.S、2018.1.01561.S、2023.1.00394.S與2023.1.01721.S，韋伯計畫編號3907，以及VLT計畫編號108.223D.001。

IRAS 07299-1651分子雲位於地球約1,680秒差距處——相當於5,500光年（約51.9萬兆公里）——坐落於南天星座船尾座。在那樣的距離下，兩顆原恆星約200個AU（約299億公里）的實際間距在天空中僅佔略多於十分之一角秒的張角，需要ALMA最長基線所提供的角分尺度解析能力才能解析。

兩顆恆星與未解的未來

揭示IRAS 07299-1651形成過程的同一組軌道數據，也使其命運真正懸而未決。近拋物線的偏心率意味著這對雙星的自我重力束縛是脆弱的。與周圍氣體與塵埃的持續交互作用——它們施加阻力並能改變軌道——可能在未來數千年內逐漸將這對雙星圓化成更穩定的束縛系統；也可能將其中一顆原恆星推得夠遠，完全切斷這個連結，使兩顆恆星各自踏上穿越星系的軌跡。

這種模糊性在科學上極具價值。它意味著這個系統是在捕獲事件動力學結果尚未決定的當下被捕捉到的，而未來的觀測——尤其是追蹤周圍氣體環境施加之扭力的觀測——將有助於判定這個系統究竟會朝哪個方向演化。以數十年而非數年為時間跨度的ALMA長基線觀測計畫如今已觸手可及，正如本研究所展示；而本研究所發展的方法論，可作為在大質量恆星形成區更廣泛族群中識別並表徵類似系統的範本。

對那兩顆原恆星自身而言，故事仍在續寫。它們大約在二十世紀中期向對方墜落，勉強抓住了彼此，從那之後便一直在緩慢地決定兩者共同的未來。