「もうすぐ星が生まれる場所」を含む野辺山電波地図の完成

2021-12-14

2021-12-14 国立天文台

概要
宇宙は真空ではなく、ごく薄い気体で満たされています。その気体が重力で集まり濃くなった部分を「分子雲」と呼びます。特に濃いところは「分子雲コア」と呼ばれており、ここが、太陽のような恒星や、地球や木星・土星のような惑星が誕生する場所となります。国立天文台野辺山宇宙電波観測所の立松健一所長をはじめとする国際研究グループは、重水素という特殊な水素に着目し、重水素の割合が星の誕生時に最大になることを利用して星が生まれそうな現場の特定に成功しました。昨年、「もうすぐ星の生まれる場所」のカタログを発表しましたが、今回、野辺山45m電波望遠鏡を使って、これらの近辺を含む「電波地図」を完成させたのです。その結果、オリオン座大星雲の西側にあるフィラメント状の分子雲に、もうすぐ星が生まれそうな場所が２か所あることなどが分かりました。さらに、星の誕生のきっかけとして提案されている「乱流(さざ波)減少モデル」の証拠を探してみたのですが、はっきりした証拠が得られませんでした。そのため、もう一つの説である「体重増加モデル」が有力ではないかと考えられます。この観測結果は、星がどのように誕生するのかという謎に大きなヒントを与えるものです。

宇宙の時計となる重水素
宇宙の年齢は138億歳、太陽の寿命は46億歳、太陽のような星が大人になるまでに3000万年、というように宇宙における天体の進化は我々の寿命をはるかに超えています。そのため、望遠鏡で宇宙を見続けていてもこのような変化はなかなかわかりません。ここで重要になるのは、宇宙における天体の年代測定です。研究グループは、重水素という特殊な水素に着目しました。その特徴として、通常の水素に対する重水素の割合をみると、分子雲コアの成長に合わせてどんどん高くなっていくのですが、ひとたび星が誕生すると急に減少することがわかってきたのです。つまり、重水素の割合を調べると「分子雲コア」の年代測定ができるのです。まるで、炭素などの放射性同位体を使った化石の年代測定のように、です。

星の誕生のきっかけ
星の誕生は、安定と考えられている「分子雲コア」が、何らかの原因で「不安定」になることによっておこると考えられています。しかし、この原因が何であるかが解明されておらず、どのようにして分子雲コアから星が誕生するプロセスに開始するのかがわかっていません。星形成のきっかけとしては、２つの有力なモデル、「乱流(さざ波)減衰モデル」、そして「体重増加モデル」があります。「乱流(さざ波)減衰モデル」は、内部の乱流が減少することにより「コア」が不安定になるというモデルであり、「体重増加モデル」には、「コア」に流れ込むガスの流れによって不安定になる、といった特徴があります。今回の観測では電波望遠鏡の高い周波数分解能を用いて、乱流の大きさを「ドップラー効果」を用いて精密測定することにより「乱流(さざ波)減衰モデル」の観測的証拠を探してみましたが、その証拠は得られませんでした。そのためもう一つの説である「体重増加モデル」が有力である可能性があります。重水素を指標とする観測は、星の誕生の現場を探り出す重要なツールとなります。このような観測によって、分子雲コアから原始星に至るプロセスの解明が進むことが期待されます。

電波地図の完成
研究グループは、野辺山45m電波望遠鏡を使って、重水素の割合が大きい「もうすぐ星が生まれる場所」を含む電波地図を完成させました。図に、もうすぐ星が生まれそうな場所が２か所ある、フィラメント状（帯状）の分子雲の地図を示します。オレンジの丸が、その場所です。もうすぐといっても、悠久の宇宙の中の話なので、１０万年単位の時計で測っての話ですが。