研究背景
原行星盘是行星形成的摇篮。盘中纵横交错的环、隙、旋臂结构，暗示着行星行星形成过程中，亚微米尺度的尘埃（dust grain）、聚砂成砾（pebble）、成岩（rock）、成磊（boulder），最后形成公里级的星子甚至更大的天体。最新研究表明，这些尘埃的生长过程甚至在更早期的原恒星盘阶段就已经悄然展开。如何示踪这一过程，尘埃的热辐射为我们提供了探索的窗口，即通过测量不同波段连续谱的谱指数，来限制尘埃颗粒的尺寸并得到原恒星盘的结构信息。然而，谱指数会受到光学厚度、视线遮蔽、尘埃散射过程等多种因素的共同影响。所以，要精准解析其中的物理过程，需要多波段、高空间分辨率、高灵敏度的观测。
图1：左：蛇夫座分子云850um连续图像；中：N2H+积分强度图；右：ALMA 1.2mm连续图像。
在50天文单位尺度下对类太阳原恒星盘的大型观测项目FAUST
为了在研究类太阳原恒星的早期历史以及在行星形成尺度上的化学多样性，由13个国家和地区的天文研究人员发起了利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA），对13个近邻恒星形成区中的21个类太阳原恒星盘的大型（超过150小时）观测项目。在50天文单位的空间分辨率下，该项目通过观测1-3毫米连续谱以及多条分子谱线来探究原恒星盘及其包层的内流、外流、旋转与周围环境相互作用等运动学特性。由厦门大学天文系冯思轶教授负责领导对GSS 30的深度分析。
图2：左：IRS3尘埃光谱指数分布图；右：IRS3的光谱能量分布。
GSS 30恒星形成区
GSS 30恒星形成区是FAUST项目中位于蛇夫座（Ophiuchus）分子云中的一个样本，包含了三个处于不同演化时期的初期恒星体（YSO）IRS1-3（图1）。在50天文单位的空间分辨率下，我们分析了尘埃光谱指数的空间分布，并且结合央斯基甚大阵（JVLA）的数据进行了光谱能量分布（SED）拟合，限制了IRS3和IRS1中尘埃尺寸的大小以及尘埃盘的质量。
IRS3位于相位中心，处于最早的演化阶段（class 0）。它的尘埃光谱指数分布图表现了与外流空腔壁类似的独特空间分布（图2左）。我们结合SED拟合限制其中尘埃颗粒的最大尺寸仅为30µm，尘埃盘约为650-1510地球质量，远高于先前研究中基于光薄假设估计的质量（24-75 地球质量）。
位于南端IRS1是演化阶段更为成熟（class I）的双星系统。由于自由-自由电子辐射的流量贡献，SED模型对于尘埃热辐射状态和质量的限制较弱，但从模型中得到了尘埃尺寸约为150µm。我们确认了IRS1在毫米波段存在的延展结构，该结构与先前的多波段成像成协。
更加值得一提的是，我们在位于东面演化最为成熟（class III）的IRS2，我们在总时长仅为7分钟的观测中发现了毫米波段的耀发现象。对观测数据取不同的时间段成像，我们得到了耀发的光变曲线。虽然该光变曲线并未覆盖完整的光变周期，对比X射线以及厘米波段的光变数据后，我们推测该光变周期约为几千秒，此类光变可能和恒星活动有关。
图3：IRS2在取不同时间时间段成像的光变曲线。
研究论文
该研究工作以“FAUST XXXI. Grain properties and variability of three sources in GSS 30”为题发表在国际天体物理学术期刊Astronomy & Astrophyics。论文第一作者为厦门大学天文系博士研究生杨前程，通讯作者为厦门大学天文系冯思轶教授，其他合作者来自13个国家和地区的40个天文研究机构。该工作得到了科技部重点研发政府间国际科技新合作专项，国家自然科学基金和厦门大学南强人才计划的支持。
预印本链接：https://arxiv.org/abs/2606.22489
