分子ドリフトを観察し星誕生に迫るー前恒星コアにある2分子の速度差を初めて観察し、 磁場とガスの分離による初期星形成の過程を解明ー

2026-07-16 九州大学

九州大学などの国際共同研究グループは、星が誕生する直前段階である前恒星コアにおいて、イオン分子(N₂D⁺)と中性分子(NH₂D)の運動速度に平均0.05 km/sの差を初めて観測し、その差が「両極性拡散」によるものであることを明らかにした。スペインの30m電波望遠鏡を用いて、おうし座分子雲の前恒星コアL1544を観測した結果、磁場と結合したイオンと、磁場の影響を受けにくい中性粒子が異なる速度で運動していることを確認した。これは、磁場とガスが分離することで磁場の拘束が弱まり、重力によるコアの崩壊が促進されて星形成が始まるという理論を観測的に裏付ける成果である。さらに、前恒星コア内でのダスト粒子の成長が、コアの力学的進化や原始星への崩壊過程にも重要な役割を果たすことが示された。本研究は、星形成の初期過程だけでなく、惑星や生命の材料となる物質の形成過程の理解にもつながる成果である。

分子ドリフトを観察し星誕生に迫るー前恒星コアにある2分子の速度差を初めて観察し、 磁場とガスの分離による初期星形成の過程を解明ー
フィラメント状分子雲に埋め込まれたL1544前恒星コア

<関連情報>

L1544原始星核へのイオン・中性粒子のドリフト速度の調査 N2 D+および para-NH 2 Dを用いた両極性拡散の検出 Probing the ion-neutral drift velocity toward the L1544 prestellar core Detection of ambipolar diffusion using N2D+ and para-NH2D

Doris Arzoumanian, Silvia Spezzano, Tommaso Grassi, Paola Caselli, Yusuke Tsukamoto, Haruka Fukihara, Yoshiaki Misugi, Felipe Alves, Jaime Pineda, Sigurd Jensen, Elena Redaelli and Alexei Ivlev
Astronomy & Astrophysics  Published:10 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/202658871

Abstract

Context. The dynamical role of the magnetic field in the star formation process is tightly linked to the coupling between matter and the field. This coupling is due to the interaction between ions and neutrals in the partially ionized interstellar medium. When the ionization degree drops in the dense environment of prestellar cores, the magnetic field and matter may decouple, leading to differences in the infalling velocities of ions and neutrals known as ambipolar diffusion.

Aims. The onset of gravitational collapse resulting from ion-neutral decoupling has never been observed. The aim of this work is to search for signatures of ambipolar diffusion within a prestellar core.

Methods. We observed the deuterated N2D+ ion and the neutral para-NH2D species toward the prototypical prestellar core L1544. These two species are ideal tracers of prestellar cores, sampling the same high densities in the core interior. We compared the velocity centroid and linewidth maps of the ion-neutral pair.

Results. We find a mean ion-neutral velocity difference of ∼0.05 km/s toward the core. We interpret the observed ion-neutral velocity difference in L1544 as a signature of ambipolar diffusion by comparing it with predictions from self-consistent calculations of ambipolar resistivity, including dust grain growth. We do not detect a significant ion-neutral linewidth difference that may be attributed to the subsonic infall motions of the gas in L1544 and geometrical effects in the presence of inclination.

Conclusions. These results emphasize the role of dust grain growth at the prestellar core stage in setting the ambipolar resistivity and regulating the dynamical evolution of dense cores toward their collapse into protostars. We propose that measurements of ion-neutral drift velocities provide new constraints on the total magnetic field strength and the dust size distribution within prestellar cores.

1701物理及び化学
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