茨城大学理工学研究科 百瀬 宗武 教授が参加している国立天文台などの国際研究チームは、比較的若い原始星、おうし座DG 星まわりの原始惑星系円盤に対し、アルマ望遠鏡による高解像度観測や多波長観測を行い、円盤の構造や惑星の材料となる塵の大きさ、量について詳細に調べました。その結果、円盤はのっぺりとしていて、惑星の痕跡がないことから惑星形成前夜の様子であると判明しました。さらに塵は外側で大きく成長していたり、内側では通常より塵の濃度が上昇していることがわかりました。惑星形成がどのように始まるのか、その最初の一歩を明らかにしました。

>>詳しくは国立天文台のWEBサイトで発表されたプレスリリースをご覧ください

アルマ望遠鏡で観測した「おうし座DG星」を取り巻く原始惑星系円盤。より年齢を経た原始星を取り巻く円盤とは異なり、明らかなリング構造が見られないことから、惑星の形成が進んでいない「惑星形成前夜」であると考えられる。（クレジット：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Ohashi et al.）

　比較的若い原始星を取り巻く原始惑星系円盤を、アルマ望遠鏡を用いて詳しく観測した結果、円盤には惑星が作られた痕跡がなく、言わば「惑星形成前夜」であることが示されました。円盤内の塵（ちり）の大きさや分布を明らかにし、惑星形成がどのように始まるのか、その最初の一歩を捉えた研究成果です。

　惑星は、原始星の周りを取り巻く原始惑星系円盤の中で、塵や星間ガスが集まって形成されると考えられています。しかし、いつ、どこで、どのように惑星形成が始まるのか、その最初の一歩は分かっていません。惑星が作られるとその重力によって、円盤にはたくさんの濃淡のリングができることが知られていて、多くの原始惑星系円盤内のリング構造がアルマ望遠鏡による観測で見つかっています。このリング構造がなく、まだ惑星が存在していないことが確実な円盤を詳細に調べることが、惑星形成の過程を調べるためには重要となります。

　国立天文台の研究者を中心とする国際研究グループは、原始星の中でも比較的若い「おうし座DG星」に着目しました。この星を取り巻く円盤を、アルマ望遠鏡を用いて非常に精細な観測をし、円盤内に存在する塵が放射する電波の強度分布調べました。その結果、おうし座DG星を取り巻く円盤はのっぺりとしていて、リング構造が見られないことが分かったのです。これは、この星の円盤にはまだ惑星が存在しない、言わば「惑星形成前夜」の様子を捉えたと考えることができます。

　さらに、さまざまな波長で円盤を観測した結果をシミュレーションと比較し、円盤内の塵の大きさや分布を推定した結果、塵の大きさは円盤の内側よりも外側が比較的大きい、つまり惑星形成の過程が進んでいる、ということが分かりました。これまでの理論では、惑星の形成は円盤の内側から始まると考えられていましたが、今回の結果はそれに反し、むしろ外側から始まる可能性を示しました。また、円盤内でのガスに対する塵の量が、内側では通常の星間空間の10倍程度も高いことも分かりました。惑星形成の痕跡がないのっぺりとした円盤で塵の大きさや分布を明らかにしたのは、今回の研究が初めてです。

　塵は円盤面に集まっていることから、惑星を作る材料をため込んでいる段階だと考えられます。今後、このため込まれた塵が引き金となり、惑星形成が始まると想定されます。研究チームを率いる国立天文台の大橋聡史（おおはし さとし）特任助教は、「惑星形成の初期条件を明らかにしたという点で非常に重要な成果だと考えています」と述べています。

発表機関

自然科学研究機構 国立天文台、茨城大学、東京電機大学、東京工業大学

論文情報

タイトル：Satoshi Ohashi et al. "Dust Enrichment and Grain Growth in a Smooth Disk around the DG Tau Protostar Revealed by ALMA Triple Bands Frequency Observations"
掲載誌：The Astrophysical Journal（2023年8月28日付で掲載）
公開日：2023年10月6日