高UV環境での惑星形成プロセスの解明(Unveiling the secrets of planet formation in environments of high UV radiation)

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2025-05-21 ペンシルベニア州立大学(PennState)

ペンシルベニア州立大学の研究チームは、NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)と熱化学モデルを用いて、強い紫外線(UV)環境下でも惑星形成の基本要素が存在し得ることを明らかにしました。研究対象は、約5,500光年離れたNGC 6357星雲内の若い太陽質量星「XUE 1」の周囲にある原始惑星系円盤で、近隣の大質量星からの強烈なUV放射を受けています。観測とモデル解析により、水蒸気、CO、CO₂、HCN、アセチレンなどの分子が検出され、これらは新たに形成される惑星の大気の材料となる可能性があります。また、円盤の外縁部がガスを欠き、約10天文単位(太陽から土星までの距離)までのコンパクトな構造を持つことが判明しました。これは外部UV放射による円盤の蒸発が原因と考えられます。この研究は、過酷な宇宙環境下でも惑星形成が可能であることを示し、惑星系の普遍的形成メカニズムの理解に貢献しています。

<関連情報>

XUE:熱化学モデリングが示唆する、遠方で照射を受けた原始惑星円盤のコンパクトでガス欠の構造 XUE: Thermochemical Modeling Suggests a Compact and Gas-depleted Structure for a Distant, Irradiated Protoplanetary Disk

Bayron Portilla-Revelo, Konstantin V. Getman, María Claudia Ramírez-Tannus, Thomas J. Haworth, Rens Waters, Arjan Bik, Eric D. Feigelson, Inga Kamp, Sierk E. van Terwisga, Jenny Frediani,…
The Astrophysical Journal  Published: 2025 May 20
DOI:10.3847/1538-4357/adc91d

高UV環境での惑星形成プロセスの解明(Unveiling the secrets of planet formation in environments of high UV radiation)

Abstract

Unveiling the physical structure of protoplanetary disks is crucial for interpreting the diversity of the exoplanet population. Until recently, the census of the physical properties of protoplanetary disks probed by mid-infrared observations was limited to the solar neighborhood (d ≲ 250 pc). However, nearby star-forming regions (SFRs) such as Taurus—where no O-type stars reside—are not representative of the environments where the majority of the planet formation occurs in the Galaxy. The James Webb Space Telescope (JWST) now enables observations of disks in distant high-mass SFRs, where strong external far-ultraviolet radiation is expected to impact those disks. Nevertheless, a detailed characterization of the population of externally irradiated disks is still lacking. We use the thermochemical code ProDiMo to model JWST/MIRI spectroscopy and archival visual/near-infrared photometry aiming to constrain the physical structure of the irradiated disk around the solar-mass star XUE 1 in NGC 6357 (d ≈ 1690 pc). Our findings are as follows. (1) Mid-infrared dust emission features are explained by amorphous and crystalline silicates with compositions similar to nearby disks. (2) The molecular features detected with MIRI originate within the first ∼1 au, consistent with results from slab models. (3) Our model favors a disk truncated at 10 au with a gas-to-dust ratio of unity in the outskirts. (4) Comparing models of the same disk structure under different irradiation levels, we find that strong external irradiation raises gas temperature tenfold and boosts water abundance beyond 10 au by a factor of 100.

1701物理及び化学
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