1750713081
2025-06-23 20:28:00
若い星が形成されると、ガスとほこりのリングがその周りにプロトプラネタリーディスクと呼ばれる形が形成されます。一緒に、星とディスクは若い太陽系であり、私たちのものよりもはるかに若い太陽系を覗き込むことは、原始惑星のディスクで惑星がどのように形成されるかについての手がかりを明らかにしています。これらの若いシステムを調べるための私たちの最も強力なツールは、AlmaであるAtacamaの大きなミリメートル/サブミリメーターアレイです。
アルマは、ディスクのほこりから来るかすかな排出を感じることができる無線望遠鏡の強力なシステムです。 Age-Proという名前の新しい観察プログラムは、Almaを使用して、プロトラネタリディスクが時間とともにどのように進化するか、ガスとダストの比率がどのように変化するかを追跡し、惑星の形成の洞察につながりました。
Age-Proの背後にある研究チームは、最初の結果をリリースしました。タイトル」プロトプラネタリーディスクのガス進化に関するALMA調査（年齢-PRO）：I。プログラムの概要と最初の結果の概要「そして、それはAstrophysical Journalに掲載されます。主著者は、ウィスコンシン大学マディソン校の天文学教授であるKe Zhangです。
「Age-Proは、プロトプラネタリーディスクの生涯にわたるガスディスクの質量とサイズの進化を体系的に追跡することを目指しています」と著者は書いています。その目的を達成するために、年齢-Proは、太陽系に近い3つの星形成領域で30の若いディスクのサンプルを観察しました。彼らは、0.50〜10万年前のOphiuchus、1〜300万年前のLupus、および2〜600万年前のScorpiusです。 3つのそれぞれは、ディスク進化の異なる段階にあります。
これは、年齢の下で研究された3つの地域の1つであるクラウドコンプレックスを形成するRho Ophiuchusの星です。 46光年離れたところに、地球に最も近い星形成領域の1つです。画像クレジット：NASA、ESA、CSA、STSCI、Klaus Pontoppidan（STSCI）。画像処理：AlyssaPagan（STSCI）
アルマ 66個の独立したラジオ皿で作られた干渉計です。それらは可動式であり、最大16 kmの距離に広がることができます。アルマは、同じ波長ではありませんが、ハッブルよりも最大10倍強力な解像度を持つことができます。それは特にコールドオブジェクトを観察することに熟達しており、プロトプラネタリーディスクの画期的な画像でよく知られています。
アルマは、惑星がどこに形成されているかを示すギャップで、若いプロトラネタリーディスクの画期的な画像で有名です。画像クレジット：Alma（ESO/Naoj/Nrao）、S。Andrewset al。; nrao/aui/nsf、S。dagnello
この作業では、研究者はアルマを使用して、プロトラネタリディスクでガスを測定し、ディスクと星が進化するにつれてその質量がどのように進化するかを使用しました。 「年齢-Proプログラムは、3つの進化段階でガスディスクの質量とサイズを測定するように設計されました。埋め込みディスクフェーズ、中時代、ガスが豊富な相の終わりです」と著者は論文で説明しています。
天文学者は、ロッキーの惑星、ガスの巨人、氷の巨人など、異なる種類の惑星がディスクにどのように形成されるかを知りたいと思っています。 「どのタイプの惑星とシステムに持つことができる惑星の数を知るために、基本的な要件は若い星の周りのディスクの質量を理解することです。私たちはそれらのディスクと呼ばれます。
「私たちの太陽系は約45億年前です」と、主執筆者のチャンは言いました プレスリリース。 「それで、数百万年前のこれらのシステムは本当に赤ちゃんです。」
Almaの力にもかかわらず、プロトラネタリーディスクのガス質量を測定することは課題でした。ドミナントガスはH2、分子水素ですが、その排出量はほとんど検出できません。 「CO（一酸化炭素）は、ディスクで最も広く検出された分子であり、凝縮温度が低く安定した化学物質のために、ガス分布を追跡するための最も堅牢な分子と考えられています」と著者らは説明しています。 「しかし、COガス質量から総ガスディスク質量への変換は、CO対H2比の高い不確実性に苦しんでいます」と彼らは書いています。
プロトプラネタリーディスクは約99％のガスで、ほんの1％のほんの一部です。水素は圧倒的なガスですが、より容易に検出される他のガスがあります。これらのガス分子にはそれぞれ、アルマが検出できる独自の「署名」があります。一酸化炭素はアルマに簡単に見られますが、プロキシとして使用することはできません。この研究では、チームは特定の分子の署名を比較し、それを一酸化炭素と比較しました。ディスク内で時間が経過すると、一酸化炭素が薄くなり、イオンn2H+の分子がより多くなります。これにより、研究者は、最初の数百万年にわたって3つの星形成領域の30の若いディスクのガス含有量がどのように変化するかを理解することができました。この期間中、ディスクは3つのフェーズを通過します。
主な発見は、ガスとダストの比率が時間の経過とともに同じままではないということです。
「年齢から測定されたガス質量は、ディスクのガスと粉塵の進化の最初の比較を可能にします」と著者は彼らの研究で書いています。 「ガスとダストは異なるタイムスケールで進化するように見え、ガス対ダストの質量比は時間の経過とともに単調に減少しません。」
「3つの領域に同様の初期条件と進化的経路があると仮定すると、ガスディスクの中央値は年齢とともに減少するように見えることがわかります」と著者は書いています。
この図は、左側の1.3 mm連続体と、年齢-Proサンプルの60の若いディスクの右側の一酸化炭素ゼロモーメントを示しています。 1.3 mmの連続体はほこりに由来し、天文学者がディスク内の総塵の塊をたどることができます。 COモーメントゼロは、全体のガスとダスト、およびディスクのサイズと構造を明らかにします。画像クレジット：Zhang et al。 2025年。天体物理ジャーナル。
「今、私たちは、最初の100万年のプロトラネタリ円盤でガス質量が非常に急速に減少し、その後ガス質量がゆっくりと減少していることがわかりますが、ほこりの質量はおそらく時間とともに着実に減少します」とZhang氏は述べています。 「だから、木星のようなガス巨人を形成したいなら、あなたはそれに取り組む必要があり、より多くのガスがまだ存在している間、それはわずか数百万年です。」この研究は、ガス分子が若い星によって作成された磁場線を通過すると、ディスクから加速して吹き飛ばされる可能性があることを示しています。
岩だらけの惑星は、彼らが作っているほこりがそれほど速く消散しないので、よりゆったりとしたルートを取ります。調査によると、彼らは数千万年かかることがあります。
Age-Proは、プロトラネタリディスクでガスがどのように進化するかを理解するための最初のAlmaの取り組みです。ガスとダストの進化のタイムスケールに大きな違いがあることを示しています。それは、ガスの巨人と氷の巨人が比較的迅速に形成しなければならないことを示唆しているが、地球のような惑星はより多くの時間をかけることができる。しかし、まだ学ぶべきことはまだあります。 「これらのプロセスの理解を促進するために、将来の観察結果は、より広範なディスクの年齢、恒星の大衆、環境条件をターゲットにする必要があります」と著者は結論で書いています。
JWSTには、原生動物の進化を理解するための努力において果たすべき役割があります。アルマは冷たいオブジェクトからの排出を観察することを専門としていますが、JWSTは赤外線で見ています。これは、岩だらけの惑星が形成されるディスクの内側の暖かい領域を観察できることを意味します。 Zhangと彼の同僚は最近、Almaで研究された30のディスクからJWSTデータを取得しました。
「そのデータを使用すると、ディスクに近い材料を見ることができます。そこでは、岩だらけの惑星が形成されていると思います」とZhang氏は言います。 「水や有機物などの材料の化学組成を見ることができれば、ディスクの進化よりもそれらがどのように変化するかを理解できます。」
#岩だらけの惑星が早期に形成される理由アルマの調査では惑星を形成するディスクがほこりよりも速くガスを失うことを示しています