2018 Fiscal Year Research-status Report
Understanding the accretion phase of star formation
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17K05387
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
町田 正博 九州大学, 理学研究院, 准教授 (10402786)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ジェット / アウトフロー / 原始惑星系円盤 / 弱電離プラズマ / 降着円盤 / 惑星形成 / 星形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
３次元非理想磁気流体数値シミュレーションを用いて星形成後期段階の研究を行った。星は分子雲コアの中で誕生する。近年ALMA望遠鏡によって星が誕生する様子が詳細に解明されつつある。しかし、星は1000万年以上かけて誕生するため、ALMA望遠鏡による観測は星形成のある時期のスナップショットに過ぎない。そのため理論研究、特に数値シミュレーションによって星が誕生する様子を解明する必要がある。この研究では、分子雲コアが重力収縮をして原始星が誕生し、原始星の周りで星周円盤が形成、成長する過程を数値シミュレーションを用いて包括的に調べた。また、原始星から噴出するジェットやアウトフローという現象の解明も行った。星の誕生後に星近傍に落下するガスは角運動量を保持しているため回転円盤を形成する。回転円盤は高密度であるため、宇宙線が浸透せず、イオン化度が著しく低下し磁場の散逸が起き、弱くなる。磁場の散逸が起こらない領域では、磁気制動という効果によって角運動量が輸送される。しかし、磁場の散逸領域では、磁場による角運動量輸送が起こらないため星周円盤が回転によって支えられて重い円盤へと成長する。十分に重くなると円盤自身の重力によって重力不安定を起こし渦状碗を発展させる。渦状碗が発展すると重力場が非軸対象になるため重力トルクによって角運動量が輸送されガスが中心の原始星に落下する。ガスの落下による重力エネルギーが運動エネルギーに変換されジェットやアウトフローが駆動する。この星形成の一連の現象を数値シミュレーションのよって解明した。これらの内容は、国際誌「Monthly Notices of the Royal Astronomical Society」と「The Astrophysical Journal」に受理されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記のように2018年度に行った理論研究は、国際誌２誌に受理済みである。また、理論シミュレーションの結果を用いてALMA望遠鏡の観測の解釈を行い、上記とは別に２報の論文が国際誌に受理された。一報は、ALMA望遠鏡によって原始星近くの偏光観測の解釈を数値シミュレーションを用いて行ったというものであり、原始星近くの磁場はトロイダル成分だけではなくポロイダル成分も無視することはできないということを示した。他方、別の論文では、非常に若い原始星から駆動しているジェットとアウトフローを解析し、各々の進行方向が異なることから、ジェットとアウトフローは別々の場所から駆動しているということを示した。この観測とシミュレーション結果の比較によって、長年の論争だったアウトフローの駆動問題を解決した。理論・シミュレーション研究と天文観測による研究は相補的であり、我々はその両方を用いて星形成過程の解明を行っている。また、これらとは別にALMA望遠鏡の観測プロジェクトに加わり、褐色矮星候補となる分子雲コアの検出や、アウトフローを駆動しない天体の調査などを行った。これらのプロジェクトも星形成過程を解明する上で重要である。これらの成果から研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
星々は、太陽の0.1倍から100倍まで様々な質量をもっている。今までの研究では、主に太陽質量程度の星の形成について研究を進めてきた。今後は、より大きな星とより小さな星の形成過程を調べることによって、太陽程度の星の形成過程が普遍的であるかどうかを調べる。太陽より小さい星はより小さな分子雲コア中で誕生すると考えられている。より小さな分子雲コアは平衡状態を保つためには中心密度が高い必要があり、存在確率も低い。そのため今までほとんど見つかっていなかったが近年ALMA望遠鏡によって小さな分子雲コアが見つかった。そのような見つかった分子雲コアを初期条件としてより小さな星が出来る過程を解明する研究を行う。また、より大きな星は、巨大な分子雲コアの中で出来ると考えられている。また、星が出来た後、星へのガスの降着率が非常に高いと予測されている。巨大な星は存在確率が低く、その形成過程は観測によってはあまり解明されていない。今後の研究では、数値シミュレーションを用いて、大質量星の星コアを直接解像したシミュレーションを行い大質量星の形成過程の解明を目指す。このような異なる質量スケールの星の誕生過程を解明することによって、普遍的な星形成シナリオを構築する。また、前年度は現在の宇宙の星形成過程の研究を行ってきた。しかし、過去の宇宙では星形成過程が異なる可能性が指摘されている。より金属量が低く、宇宙線強度も異なる過去の宇宙での星形成過程の解明の研究も予定している。
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| Causes of Carryover |
データ解析用のサーバーを購入予定であったが、当該年度は数値シミュレーションの実行を主に行った。そのため、当該年度は、解析用のサーバーは必要でなくなった。次年度以降は、当該年度に行ったシミュレーションの解析を主に行うためサーバが必要である。そのため、次年度に購入する予定である。
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