高密度星形成フィラメントにおけるガス運動は乱流が支配することを解明(Study: Turbulence Governs Gas Dynamics in Dense Star-Forming Filaments)

2026-06-27 中国科学院(CAS)

国際共同研究チームは、Science China Physics, Mechanics & Astronomyに発表した研究で、星形成初期の高密度ガスフィラメントでは、従来考えられてきた重力ではなく乱流がガスの運動や構造進化を主に支配している可能性を示した。研究では、天の川銀河内の146か所の大質量星形成領域を対象に、ALMA-ATOMSサーベイで取得した高感度のH¹³CO⁺ J=1–0分子輝線データを解析した。この輝線は高密度ガスの運動を精密に追跡できるため、誕生直前の恒星周辺に存在する1パーセク未満の超臨界フィラメントの動力学を統計的に評価することが可能となった。これまで観測研究は1~10パーセク規模のフィラメントが中心で、小規模領域では乱流と重力のどちらが支配的かを検証する十分な観測的証拠が不足していた。本研究はその空白を埋めるものであり、分子雲の小規模構造は重力主導で進化するという従来の標準的な星形成モデルの見直しを促す重要な観測結果となっている。

高密度星形成フィラメントにおけるガス運動は乱流が支配することを解明(Study: Turbulence Governs Gas Dynamics in Dense Star-Forming Filaments)
Artist’s impression: Gas moves chaotically on small scales in massive star-forming regions. (Image by SHAO)

<関連情報>

サブパーセクスケールの超臨界フィラメント内部におけるランダムなガス運動 Random gas motions inside sub-parsec scale supercritical filaments

Chao Zhang,Tie Liu,Mika Juvela,Paolo Padoan,Hong-Li Liu,Di Li,Guido Garay,Neal J. Evans,Fengwei Xu,Paul F. Goldsmith,Qizhou Zhang,Kee-Tae Kim,Yankun Zhang,Zhiyuan Ren & Mengke Zhao
Science China Physics, Mechanics & Astronomy  Published:08 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1007/s11433-026-2964-7

Abstract

Supercritical gas filaments in molecular clouds host the dense cores in which new stars form. The mechanisms governing their formation and subsequent gas accretion remain poorly understood. In this study, we conduct a statistical analysis of a large sample of sub-parsec supercritical filaments using H13CO+J = 1−0 data from the ALMA Three-millimeter Observations of Massive Star-forming regions (ATOMS) Survey. We identified velocity-coherent filaments in position-position-velocity (PPV) space and systematically examined velocity gradients both along and perpendicular to their skeletons. Our analysis uncovers a remarkable result: at scales of ∼0.1–1 pc, the local velocity gradients within these supercritical filaments show no preferred alignment with the filament skeletons and exhibit no correlation with the local gravitational field. This random orientation suggests the presence of chaotic gas motions deep inside these dense structures. These findings may indicate that turbulence—rather than gravity—dominates gas dynamics and structural evolution at small scales, even in regions on the verge of star formation, challenging the paradigm of gravity-dominated structure formation within molecular clouds. This scenario should be further tested by more state-of-the-art simulations. This study offers key observational insights into the roles of turbulence and gravity in establishing the initial conditions for star formation.

1701物理及び化学
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