赤ちゃん星がガスを食べて成長する様子を大規模3次元シミュレーションで世界初観測~星の誕生メカニズムと太陽系起源の解明に期待~

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2025-05-14 京都大学

京都大学理学研究科の細川隆史准教授と大阪大学の髙棹真介助教(現・武蔵野美術大学准教授)らの研究チームは、原始星が周囲のガスを取り込んで成長する過程を、磁場の影響も含めた大規模な3次元シミュレーションで世界で初めて再現しました。この研究により、原始星が原始惑星系円盤からスパイラル状の衝撃波を伴ってガスを取り込み、強い磁場の影響で太陽フレアのような爆発現象や高速ガス噴出を引き起こすことが明らかになりました。これらの発見は、星の形成メカニズムや太陽系の起源に関する理解を深めるものであり、研究成果は2025年5月14日に国際学術誌『The Astrophysical Journal』に掲載されました。

赤ちゃん星がガスを食べて成長する様子を大規模3次元シミュレーションで世界初観測~星の誕生メカニズムと太陽系起源の解明に期待~
原始星が磁化したガス円盤からガスをのみ込んでいる様子。各パネルの図は、円盤の回転軸に沿った3次元構造の断面図を示している。プラズマβは磁場のエネルギー密度に対するガス圧の割合を表し、色が暗い部分ほど磁場が重要であることを意味する。(クレジット:高棹真介)

<関連情報>

磁化円盤と対流性低質量原始星との結合: 境界層降着の全球3次元モデル Connecting a Magnetized Disk to a Convective Low-mass Protostar: A Global 3D Model of Boundary Layer Accretion

Shinsuke Takasao, Takashi Hosokawa, Kengo Tomida, and Kazunari Iwasaki
The Astrophysical Journal   Published: 2025 May 14
DOI:10.3847/1538-4357/adc37b

Abstract

In the early stages of star formation, boundary layer accretion, where protostars accrete material from disks extending down to their surfaces, plays a crucial role. Understanding how a magnetorotational-instability (MRI)-active disk connects to a protostar’s surface remains a significant challenge. To investigate the mechanisms of mass and angular momentum transfer, we develop a global, 3D magnetohydrodynamic model of boundary layer accretion around a magnetized, convective low-mass protostar. Our results reveal that angular momentum transport mechanisms transition significantly from the outer MRI-active disk to the protostellar surface. Various mechanisms—MRI, spiral shocks, coronal accretion, jets, and disk winds—contribute to angular momentum transfer, resulting in three distinct disk structures: (1) the MRI-active disk, (2) the transition layer, and (3) the boundary layer. The simulated protostar is strongly magnetized due to the accumulation of the disk fields, wrapping by disk toroidal fields, and stellar dynamo activity. Magnetic concentrations analogous to starspots form on the protostar and interact with the rotating disk gas to generate spiral shocks. These shocks play a key role in driving accretion. These findings demonstrate the necessity of global MHD models for a comprehensive understanding of angular momentum transport. Additionally, we identify explosive events triggered by magnetic reconnection in both the protostar and the disk atmosphere. We also find decretion flows in the disk midplane, which may be important for the radial transport of refractory materials, such as calcium-aluminum-rich inclusions precursor gas, to the outer disk.

1701物理及び化学
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