2024-04-11 九州大学
ポイント
- 星が誕生する際に磁束(磁力の強さと方向を線の束で示したもの)を捨て去る必要があるが、その過程が未解明であり磁束問題と呼ばれている
- 星の赤ちゃんが磁束を「くしゃみ」で放出したと思われる現場を初めて捉えた
- くしゃみをする条件を詳しく調べることにより、星や惑星の誕生過程の理解が一層進む
概要
図: アルマ望遠鏡の観測に基づいて描いた星の赤ちゃんから「くしゃみ」によって磁束が放出される様子の想像図(説明) 明るい円盤の中心に星の赤ちゃんがいます。その円盤の端から磁束が放出される瞬間を表しています。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
星(太陽をはじめとする恒星)は分子雲コアと呼ばれる星の卵が重力によって収縮することで誕生します。分子雲コアには磁力が働いており、星が誕生する過程で磁束として分子雲コアのガスとともに星に持ち込まれます。しかし磁束を全て持ち込んでしまうと超強力な磁力を持つ星になってしまい観測事実と合いません。 磁束を捨て去る仕組みがどのようになっているのかは研究者の間で4０年以上にわたり議論されており磁束問題とよばれています。従来は磁気拡散という効果によって星の周りの円盤から磁束のみがじわじわとしみだすように抜けていくと考えられていました。
九州大学大学院理学研究院地球惑星科学部門 学術研究員/特任助教 徳田一起らの研究チームは地球から約450光年と星の誕生現場としては最も近いおうし座分子雲にある、MC 27という分子雲コアに潜む原始星(赤ちゃん星)をアルマ望遠鏡で観測しました。その結果、赤ちゃん星を取り巻く円盤から数天文単位の大きさを持つ「棘(とげ)」のようなものが世界で初めて見つかりました。これは当初予想していなかったものです。研究チームは理論研究との比較から、「交換型不安定性」という現象に着目しました。この現象では、円盤の縁に磁力が集中した際に重力中心の原始星から外側に向かう浮力が働き、突発的な爆発現象のようにして短時間で磁束が放出されます。この磁束の輸送機構は、これまで考えられていたものとは全く異なるものです。短いタイミングで一気に磁力を外に追いやることから、ほこりやウイルスを空気とともに一気に押し出す人間の「くしゃみ」にも似ています。この不安定性が起こった瞬間に磁束が円盤の外側に飛び出してガスの空洞が作られます。「棘(とげ)」は、空洞の周りのリング状のガスのうちの濃い部分が観測されたものだと考えられ、磁束が飛び出す現場を捉えたものと解釈できます。また、過去に観測されていた原始星から数1000天文単位に渡るより大きい弓状のガスがこの棘と同様の特徴や空洞のように見えることから、複数回「くしゃみ」をして磁束が円盤からはきだされた可能性も同時に浮かび上がりました。このMC 27で見つかっていたような弓状ガス雲と似たような特徴は、いろんな星の赤ちゃんで頻繁に見つかりつつあります。このくしゃみをする条件を詳しく調べることにより、赤ちゃん星自身の成長過程やその周りにある惑星の起源物質の理解が急速に進むと期待されます。
本研究成果は米国の雑誌「The Astrophysical Journal」に2024年4月11日（木）午後6時（日本時間）に掲載されました。
図: 交換型不安定性前後のガスと磁束分布の変化。くしゃみが起こる前は円盤の縁に磁場が拡散していき、降り積もってきたガスがさらに磁束を持ち込むため、円盤の端で相対的に磁場が強い場所ができる。円盤の縁に磁力が集中した際に重力中心の原始星から外側に向かう浮力が働き、突発的な爆発現象のようにして短時間で磁束が放出されます。
研究者からひとこと
星の誕生過程において「角運動量問題」と「磁束問題」という２つの重大な問題が知られています。一般的に赤ちゃん星はアウトフローという「うぶ声」を上げることが分かっていますが、これは星の回転を弱める角運動量問題の解決と密接に関係しています。今回発見した赤ちゃん星の「くしゃみ」は「うぶ声」よりも少し静かな現象で、磁束が捨て去られる「磁束問題」の解決に直結しています。「うぶ声」と並んで「くしゃみ」は赤ちゃん星の誕生と成長の謎を明らかにする大事な要素になり得ると期待しています。
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論文情報
掲載誌：The Astrophysical Journal
タイトル：Discovery of Asymmetric Spike-like Structures of the 10 au Disk around the Very Low- luminosity Protostar Embedded in the Taurus Dense Core MC 27/L1521F with ALMA
著者名：Kazuki Tokuda, Naoto Harada, Mitsuki Omura, Tomoaki Matsumoto, Toshikazu Onishi, Kazuya Saigo, Ayumu Shoshi, Shingo Nozaki, Kengo Tachihara, Naofumi Fukaya, Yasuo Fukui, Shu-ichiro Inutsuka, Masahiro N. Machida
DOI：10.3847/1538-4357/ad2f9a
研究に関するお問合せ先
理学研究院 徳田一起 学術研究員/特任助教
