アルマ望遠鏡、惑星形成の塵だらけの現場を観測

アタカマ大型ミリ波・サブミリ波アレイ（アルマ望遠鏡）は、形成されたばかりの惑星の軌道の外側で、惑星形成物質である塵粒子を高濃度に検出することで、惑星形成現場の観察に成功した。

当時博士課程にあった土井清明氏が率いる国際研究チーム。国立天文台（国立天文台）/総合研究大学院大学の学生であり、現在マックス・プランク天文学研究所の博士研究員である彼は、PDS 70と呼ばれる若い星の周りの原始惑星系円盤の高解像度観測を実施しました。アルマ望遠鏡で波長3mm。

この天体には 2 つの既知の惑星が存在しており、新しいアルマ望遠鏡の観測により、惑星の軌道の外側に塵粒子が局所的に蓄積していることが明らかになりました。この発見は、すでに形成された惑星が惑星の材料を蓄積し、次の惑星の潜在的な形成を促進することを示唆しています。この研究は、太陽系のような複数の惑星からなる惑星系の形成過程の解明に貢献します。

「アルマ望遠鏡バンド 3 観測で明らかになった PDS 70 円盤の非対称ダスト蓄積」というタイトルの論文が、2016 年 10 月に受理されました。 天体物理学ジャーナルレター。で入手可能です arXiv プレプリントサーバー。

現在までに、太陽系内外で 5,000 個以上の惑星が確認されています。場合によっては、複数の惑星からなる惑星系を構成することもあります。これらの惑星は、若い星を取り囲む原始惑星系円盤にあるミクロンサイズの塵粒子から発生すると考えられています。しかし、これらの塵粒子がどのようにして局所的に蓄積し、惑星系の形成につながるのかはまだわかっていない。

PDS 70 は、原始惑星系円盤内にすでに形成された惑星を持つ唯一の既知の天体であり、光学および赤外線観測によって確認されています。この天体のダスト粒子の分布を明らかにすることで、すでに形成された惑星が周囲の原始惑星系円盤とどのように相互作用し、その後の惑星形成に潜在的に影響を与えるかについての洞察が得られるでしょう。

アルマ望遠鏡による0.87 mmでのこれまでの観測では、惑星軌道の外側にあるダスト粒子からのリング状の放射が明らかになりました。ただし、放出源は光学的に厚い (不透明で、手前のダスト粒子が背後のダスト粒子を隠している) 可能性があり、観察された発光分布はダスト粒子の分布を正確に反映していない可能性があります。

土井清明氏らの研究チームは、アルマ望遠鏡を用いて、PDS 70付近の原始惑星系円盤を波長3mmで高分解能観測した。 3 mm での観察は光学的により薄く（より透明になり）、ダスト粒子の分布をより確実に提供します。

3mmでの新たな観測では、これまでの0.87mmでの観測とは異なる分布が示され、ダストの放出が惑星の外側のダストリング内の特定の方向に集中していることが明らかになった。これは、惑星の構成要素である塵の粒子が狭い領域に蓄積し、局所的な塊を形成していることを示唆しています。

惑星の外側にある塵の塊は、すでに形成された惑星が周囲の円盤と相互作用し、塵の粒子を軌道の外縁の狭い領域に集中させていることを示唆しています。これらの固まった塵の粒子が成長して新しい惑星になると考えられています。

太陽系のような惑星系の形成は、この過程の繰り返しによって内側から外側に向かって順次惑星が形成されることで説明できます。この研究は、すでに形成された惑星がどのように周囲と相互作用し、次の惑星の形成を引き起こすかを観察的に捉え、惑星系形成の理解に貢献しました。

この研究を主導した土井清明氏は、「天体は複数の構成要素で構成されており、それぞれが異なる波長で放射線を放出します。したがって、同じ天体を複数の波長で観察することで、その対象について独自の視点が得られます。」と述べています。

「PDS 70では、惑星は光学波長と赤外線波長で発見されましたが、原始惑星系円盤はミリメートル波長で観測されました。今回の研究は、アルマ望遠鏡の観測波長範囲内であっても、円盤が異なる形態を示すことを示しています。」

「これは、アルマ望遠鏡による多波長観測を含む、さまざまな波長にわたる観測の重要性を浮き彫りにします。システム全体を包括的に理解するには、異なる望遠鏡を使用し、さまざまな観測設定でターゲットの複数の構成要素を観測することが必要です。」