プレスリリース 双 子 の 赤 ちゃん 星 を 育 むガスの 渦 巻 き 概 要 アルマ 望 遠 鏡 を 使 った 観 測 で 双 子 の 赤 ちゃん 星 のまわりにガスと 塵 の 渦 巻 きが 発 見 され ました またこの 渦 巻 きのあいだを 通 って ガスが 赤 ちゃん 星 に 向 かって 落 下 していく 様 子 も 初 めて 観 測 されました 宇 宙 に 数 多 く 存 在 する 双 子 の 星 の 誕 生 と 成 長 の 様 子 に 迫 る 重 要 な 観 測 成 果 と 言 えます 台 湾 中 央 研 究 院 天 文 及 天 文 物 理 研 究 所 の 高 桑 繁 久 副 研 究 員 が 率 いる 研 究 チームは アルマ 望 遠 鏡 を 用 いておうし 座 にある 生 まれたばかりの 双 子 星 ( 原 始 連 星 )L1551 NE を 観 測 しま した その 結 果 ふたつの 星 を 取 り 囲 むガスの 円 盤 ( 周 連 星 円 盤 )を 発 見 しました また 研 究 チームは スーパーコンピュータ アテルイ を 使 ってこの 円 盤 に 含 まれるガスの 分 布 や 運 動 をシミュレーションしました その 結 果 と 観 測 データと 比 較 することで この 円 盤 は 単 純 な 環 ではなく 円 盤 から 中 心 のふたつの 星 に 向 かって 渦 巻 き 腕 が 伸 びていること がわかりました さらに 円 盤 からふたつの 星 に 向 かってガスが 流 れ 込 んでいることもわか りました これは 原 始 連 星 が 円 盤 を 揺 さぶり 円 盤 のガスが 連 星 に 落 下 し 始 めている 様 子 を 世 界 で 初 めてとらえた 成 果 です 本 文 研 究 の 背 景 宇 宙 に 輝 く 星 々は 宇 宙 に 豊 富 に 存 在 するガスや 塵 が 自 らの 重 力 で 集 まり 収 縮 すること によって 誕 生 します その 過 程 については 理 論 研 究 やさまざまな 望 遠 鏡 を 使 った 観 測 的 研 究 により 大 まかなシナリオが 描 けるようになってきました しかし 未 解 明 のまま 残 されている 謎 も 数 多 く 存 在 します そうした 謎 の 一 つが ふたつ 以 上 の 星 が 互 いのまわりを 回 っている 連 星 系 の 誕 生 の 仕 組 みです 太 陽 は 単 独 で 輝 く 星 ですが 天 の 川 銀 河 に 存 在 する 太 陽 程 度 の 質 量 の 星 の 半 数 以 上 は 連 星 系 を 成 していることがわかっています 連 星 系 の 誕 生 の 仕 組 みについても 盛 ん に 研 究 が 行 われていますが 例 えば 原 始 連 星 にどのようにガスが 降 り 積 もって 成 長 してい くのかなど 基 本 的 な 事 柄 についてもまだ 論 争 が 続 いています 連 星 系 が 誕 生 して 間 もない 頃 には その 連 星 のまわりにガスや 塵 が 取 り 巻 き 円 盤 状 の 構 造 を 作 ります こうした 円 盤 に 含 まれる 物 質 が 連 星 に 落 下 することで 連 星 が 成 長 していく のですが 円 盤 を 構 成 する 物 質 には 回 転 の 勢 い ( 角 運 動 量 )があるため そのままでは
連 星 に 向 かって 落 下 することができません 実 際 の 双 子 の 赤 ちゃん 星 のまわりで 回 転 の 勢 い がどのような 仕 組 みで 減 衰 しているのか さまざまな 理 論 が 提 案 されていますが これまではそのどれが 正 しいのかはっきりわかっていませんでした それは これまでは 解 像 度 不 足 のために 原 始 連 星 の 周 囲 を 詳 細 に 調 べることができず 観 測 的 な 裏 付 けが 不 十 分 であったためです アルマ 望 遠 鏡 による 観 測 生 まれたばかりの 連 星 系 ( 原 始 連 星 系 )の 周 囲 のガスや 塵 の 分 布 と 動 きを 詳 しく 調 べるた め 台 湾 中 央 研 究 院 天 文 及 天 文 物 理 研 究 所 の 高 桑 繁 久 副 研 究 員 が 率 いる 研 究 チームは ア ルマ 望 遠 鏡 を 用 いておうし 座 にある 原 始 連 星 系 L1551 NE を 観 測 しました( 注 1) 研 究 チ ームは L1551 NE をこれまでもハワイにあるサブミリ 波 干 渉 計 SMA などを 用 いて 観 測 し てきましたが アルマ 望 遠 鏡 による 今 回 の 観 測 では SMA に 比 べて 1.6 倍 高 い 解 像 度 と 6 倍 高 い 感 度 を 実 現 し 原 始 連 星 系 の 周 囲 の 様 子 が 詳 しく 調 べられるようになりました アルマ 望 遠 鏡 による 観 測 の 結 果 L1551 NE を 構 成 するふたつの 原 始 星 の 各 々を 取 り 囲 むガ スや 塵 の 円 盤 と それらの 外 側 を 大 きく 取 り 巻 く 円 盤 ( 周 連 星 円 盤 )が 写 し 出 されました 周 連 星 円 盤 の 半 径 は 300 天 文 単 位 であり これは 太 陽 系 の 最 も 外 側 を 回 る 惑 星 である 海 王 星 の 軌 道 のおよそ 10 倍 の 大 きさに 相 当 します 図 1. アルマ 望 遠 鏡 で 観 測 した L1551NE を 取 り 囲 む 円 盤 Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Takakuwa et al. また 研 究 チームは この 円 盤 に 含 まれる 一 酸 化 炭 素 分 子 が 放 つ 電 波 を 解 析 し 円 盤 のガス の 動 きを 詳 細 に 調 査 しました 一 般 に 質 量 の 大 きな 天 体 の 周 囲 を 回 る 物 体 は 天 体 の 質 量 と 物 体 が 回 る 軌 道 の 大 きさで 決 まる 速 度 で 運 動 しますが(ケプラー 回 転 ) 今 回 の 観 測 から は 周 連 星 円 盤 に 含 まれるガスがケプラー 回 転 よりも 速 い 速 度 で 動 いている 場 所 があるこ とが 初 めて 突 き 止 められました さらに 円 盤 に 沿 って 回 転 するだけではなく 原 始 連 星 に 向 かって 落 下 していくガスも 発 見 されました このようなガスの 運 動 が 発 見 されたのは 今 回 が 初 めてのことで 双 子 の 赤 ちゃん 星 がまさに 成 長 していく 様 子 を 見 ていることにな ります 研 究 チームを 率 いる 高 桑 氏 は アルマ 望 遠 鏡 の 高 い 解 像 度 のおかげで 連 星 の 赤 ちゃんの 生 きている 鼓 動 を 捉 えることができました と 語 っています 研 究 チームは 発 見 された 周 連 星 系 円 盤 の 成 因 やケプラー 回 転 よりも 速 い 速 度 でガスが 動 いている 理 由 を 調 べるために 国 立 天 文 台 のスーパーコンピュータ アテルイ ( 注 2)を
用 いたシミュレーションによって 原 始 連 星 の 周 囲 で 重 力 を 受 けるガスや 塵 の 流 れを 計 算 し 円 盤 がどのような 構 造 になるかを 調 べました その 結 果 L1551NE を 構 成 するふたつの 原 始 星 の 各 々から 1 本 ずつ 渦 巻 きの 腕 が 伸 びており これが 周 連 星 円 盤 となって 見 えている ことがわかりました この 腕 に 含 まれる 物 質 は 周 囲 の 物 質 よりもやや 速 い 速 度 で 回 転 して おり 観 測 で 得 られた 結 果 に 一 致 します また 2 本 の 腕 の 隙 間 を 通 ってガスが 連 星 に 向 か って 落 ちていく 様 子 もシミュレーションでは 再 現 されていました これは 連 星 の 公 転 が 回 転 の 勢 い の 大 きい 腕 を 作 る 一 方 で 腕 の 隙 間 では 回 転 の 勢 い が 小 さくなり 円 盤 の 物 質 が 星 に 向 かって 落 下 することができるようになった ということを 示 しています 研 究 チームの 一 員 としてコンピュータシミュレーションを 実 行 した 松 本 倫 明 氏 ( 法 政 大 学 ) は 連 星 が 周 連 星 円 盤 を 揺 さぶって 周 連 星 円 盤 のガスが 連 星 に 落 下 しはじめる 様 子 をア ルマ 望 遠 鏡 による 観 測 で 初 めてとらえることができました 理 論 の 予 測 とも 驚 くほど 一 致 しています と 語 っています( 注 3) 映 像 :( 松 本 さんのシミュレーション) スーパーコンピュータ アテルイ を 用 いて 計 算 した 原 始 連 星 の 周 囲 のガスの 運 動 2 つ の 星 から 1 本 ずつ 渦 巻 きの 腕 が 伸 びている 様 子 がよくわかる Credit: 松 本 倫 明 ( 法 政 大 学 ) 図 2. スーパーコンピュータ アテルイ を 用 いて 計 算 した 原 始 連 星 の 周 囲 の 円 盤 ( 右 ) 実 際 のアルマ 望 遠 鏡 観 測 成 果 ( 左 )と 特 徴 がよく 一 致 している Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Takakuwa et al. 研 究 チームの 一 員 である 西 合 一 矢 氏 ( 国 立 天 文 台 )は これほど 高 い 精 度 で 円 盤 の 構 造 や 運 動 を 直 接 に 捕 えることができたのは アルマ 望 遠 鏡 ならではのことです 今 後 の 星 形 成 研 究 の 大 きな 流 れとして アルマ 望 遠 鏡 による 高 解 像 度 観 測 と 数 値 シミュレーションの 直 接 比 較 が 重 要 になってきます 今 回 の 成 果 は その 先 駆 けと 言 えるでしょう と 今 後 の 研 究 の 展 望 を 語 っています 注 [1] 地 球 から L1551 NE までの 距 離 は およそ 460 光 年 です L1551NE は 約 145 天 文 単 位 (1 天 文 単 位 は 地 球 と 太 陽 の 間 の 平 均 距 離 : 約 1 億 5000 万 km に 相 当 ) 離 れた 重 さが
太 陽 の 0.67 倍 および 0.13 倍 のふたつの 原 始 星 で 構 成 されています またこの 観 測 の 解 像 度 はおよそ 0.5 秒 角 (1 秒 角 は 角 度 の 1 度 の 3600 分 の 1)でした [2] スーパーコンピュータ アテルイ (Cray XC30)は 国 立 天 文 台 天 文 シミュレーショ ンプロジェクトが 運 用 しており 天 文 学 専 用 スーパーコンピュータとしては 世 界 最 高 の 計 算 性 能 を 誇 ります [3] 今 回 観 測 された 原 始 連 星 よりも 進 化 の 進 んだ 段 階 の 連 星 SR24 のまわりでは すばる 望 遠 鏡 により 渦 巻 き 構 造 が 既 に 発 見 されています SR24 では 星 の 成 長 はほぼ 完 了 していて 星 を 取 り 囲 む 物 質 はほとんど 散 逸 していますが 今 回 のアルマ 望 遠 鏡 の 観 測 ではまさに 活 発 に 成 長 している 最 中 の 原 始 連 星 でも 渦 巻 き 構 造 が 重 要 な 役 割 を 果 たしていることがわかり ました すばる 望 遠 鏡 双 子 の 若 い 星 の 星 周 円 盤 を 直 接 観 測 --- 星 周 円 盤 に 外 部 からの 物 質 流 入 を 初 めて 検 出 --- http://subarutelescope.org/pressrelease/2009/11/19/j_index.html この 観 測 結 果 は Takakuwa et al. Angular Momentum Exchange by Gravitational Torques and Infall in the Circumbinary Disk of the Protostellar System L1551 NE とし て 2014 年 11 月 発 行 の 天 文 学 専 門 誌 アストロフィジカル ジャーナル に 掲 載 されま した この 研 究 を 行 った 研 究 チームのメンバーは 以 下 の 通 りです 高 桑 繁 久 ( 台 湾 中 央 研 究 院 天 文 及 天 文 物 理 研 究 所 ) 齋 藤 正 雄 ( 国 立 天 文 台 野 辺 山 宇 宙 電 波 観 測 所 / 総 合 研 究 大 学 院 大 学 ) 西 合 一 矢 ( 国 立 天 文 台 チリ 観 測 所 ) 松 本 倫 明 ( 法 政 大 学 ) Jeremy Lim( 香 港 大 学 ) 花 輪 知 幸 ( 千 葉 大 学 ) Paul T. P. Ho( 台 湾 中 央 研 究 院 天 文 及 天 文 物 理 研 究 所 ) この 研 究 は 以 下 の 助 成 を 受 けています Ministry of Science and Technology of Taiwan (MOST 102-2119-M-001-012-MY3) GRF grants of the Government of the Hong Kong SAR under HKU 703512P 日 本 学 術 振 興 会 科 学 研 究 費 (24244017 23540270)
アタカマ 大 型 ミリ 波 サブミリ 波 干 渉 計 (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array: ALMA, アルマ 望 遠 鏡 )は ヨーロッパ 南 天 天 文 台 (ESO) 米 国 国 立 科 学 財 団 (NSF) 日 本 の 自 然 科 学 研 究 機 構 (NINS)がチリ 共 和 国 と 協 力 して 運 用 する 国 際 的 な 天 文 観 測 施 設 です アルマ 望 遠 鏡 の 建 設 運 用 費 は ESO と NSF およびその 協 力 機 関 であるカナダ 国 家 研 究 会 議 (NRC)および 台 湾 行 政 院 国 家 科 学 委 員 会 (NSC) NINS およびその 協 力 機 関 である 台 湾 中 央 研 究 院 (AS)と 韓 国 天 文 宙 科 学 研 究 院 (KASI)によって 分 担 されます アルマ 望 遠 鏡 の 建 設 と 運 用 は ESO がその 構 成 国 を 代 表 して 米 国 北 東 部 大 学 連 合 (AUI) が 管 理 する 米 国 国 立 電 波 天 文 台 が 北 米 を 代 表 して 日 本 の 国 立 天 文 台 が 東 アジアを 代 表 し て 実 施 します 合 同 ALMA 観 測 所 (JAO)は ALMA の 建 設 試 験 観 測 運 用 の 統 一 的 な 執 行 および 管 理 を 行 なうことを 目 的 とします
映 像 http://we.tl/xyf2r4lpb3 図 1 図 2