原始星円盤へのガス流入の詳細

Posted by moonrainbow on 20.2016 宇宙   0 comments   0 trackback
アルマ望遠鏡、原始星円盤へのガス流入の詳細を明らかに

TMC-1Aの観測画像
TMC-1Aの観測画像。(赤)原始星周囲を取り巻くガスの分布、(白)原始星から噴き出すガス流、(十字)原始星TMC-1Aの位置(提供:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Aso et al.) .

アルマ望遠鏡の観測で、原始星を取り巻くガス円盤と、そこに向かってゆっくりと落下するガスを初めて直接見分けることに成功しました。原始星周囲の円盤の成長と進化の謎に迫る重要な一歩です

宇宙には「星の卵」ともいえるガスの集合体が数多く存在し、その中に赤ちゃん星(原始星)を宿したものも多いのです。原始星を取り巻くガスの集合体から中心の原始星に向かってガスが流れ込み、原始星は次第に成長します。この時ガスは、いったん原始星の周りを円盤状に回るようになるのですが、円盤がどの段階で作られどのように成長するのかは、観測的にも理論的にも明らかになっていません

東京大学の麻生有佑さんと国立天文台ハワイ観測所の大橋永芳さんらを中心とする研究グループは、原始星を取り巻く円盤構造を調べるため、おうし座の方向約450光年の距離にある原始星「TMC-1A」をアルマ望遠鏡で観測した。TMC-1Aは誕生直後の非常に若い星で、周囲にガス円盤があり、さらにそれをガス雲(エンベロープ)が取り囲んでいることが知られています

観測の結果、エンベロープから円盤に向かってガスが降り積もり、円盤内で「ケプラー回転」するようになる領域を直接精度よく見出すことに初めて成功しました。ケプラー回転とは、太陽系の惑星が内側ほど短く外側ほど長い周期で公転しているのと同様の運動のことです

エンベロープから円盤にはガスが流れ込んでいるため両者は連続的につながっており、従来の研究ではこれらを見分けるのは困難でした。見分けるためには、まず内側にある円盤の回転速度を観測から精度よく見積もり、外側でその回転速度と合致しない成分を探す必要があります

今回の観測では、アルマ望遠鏡の高感度のおかげで高速回転する円盤の速度とその広がりを高い精度で求めることができました。その結果、外側にある異なった速度を持つ構造であるエンベロープとの境界が特定でき、エンベロープから円盤に降り積もってくるガスの速度も精度よく見積もることに成功したのです

TMC-1Aの想像図
TMC-1Aの想像図。中心に原始星、それを回転するガス円盤が取り巻いている。ガス円盤にはさらに外側からガスが流れ込んでいる(提供:NAOJ)

観測から、TMC-1Aの円盤とエンベロープの境目は中心の原始星から約90天文単位(太陽~海王星の約3倍)の場所にあることや、原始星の質量が太陽の0.68倍であることもわかりました。さらに、エンベロープから円盤に向かって流れ込むガスの速度はおよそ毎秒1kmで、1年間に太陽質量の50万分の1程度の量であることも突き止められました

従来、このようなガスの流入は単に重力に引っ張られて落下すると考えられてきましたが、今回見つかったガスの流入は、重力に引っ張られて落下する場合よりも緩やかなものであり、これまでの描像とは大きく異なる。磁場の力によってガスの運動が妨げられているのが原因ではないかと考えられています

「若い星の周りの円盤は惑星の母体です。この円盤がどのように作られるかを調べるためには、本研究のようにエンベロープに埋もれた成長途中の円盤を観測し、円盤とエンベロープを精度よく切り分け、境目がどこに位置するのかを詳しく調べることが重要です。境目の位置は原始星の成長とともに、外側へ広がっていくことが予想されますが、それも近い将来アルマ望遠鏡の観測で明らかになるでしょう」(麻生さん)。

2016年3月4日
Astro Artsより

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