2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Planet Formation in Protostellar Disks with the ALMA Large Program
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21H04495
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
高桑 繁久 鹿児島大学, 理工学域理学系, 教授 (50777555)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西合 一矢 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (30399290) [Withdrawn]
相川 祐理 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40324909)
富田 賢吾 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70772367)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 惑星形成 / ALMA望遠鏡 / 原始星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、国際共同研究体制の元に実施中のALMA望遠鏡の大型観測プログラム「eDisk」により、生まれたばかりの星「原始星」周囲における惑星の形成過程を明らかにすることである。eDiskの観測、データキャリブレーションは昨年までに完了し、現在は、プロジェクト全体を紹介するoverview paper, および個々の天体ごとに初期成果をまとめるfirst-look papersを執筆中である。波長1.3-mmのダスト連続波では、１９天体に及ぶ観測天体すべてにおいて、半径数天文単位から数百天文単位と大きさのバラエティに富んだダスト円盤が存在することが明らかになった。さらにこれらのダスト円盤において、惑星の存在を示唆する溝状の内部構造が最も進化段階が進んだ２天体(L1489 IRS, IRS 63)のみでみられた。この観測結果は、惑星形成が中心星の進化に伴って段階的に進んでいる様相を反映している可能性がある。
一方、分子輝線による観測では、原始星円盤に付随する分子ガスを検出することに成功した。円盤中の分子ガスの運動は、太陽系の天体と同様のケプラー回転運動を示しており、円盤が惑星形成の現場となっていることを示している。またこれにより、光学観測では検出されないためこれまで見積もりが非常に困難であった原始星の質量を見積もることにも成功した。さらに円盤の外側では、角運動量を保存しつつ円盤に向かって自由落下するストリーマーの成分が５天体でみられた。こういった降着ストリーマーは惑星形成の現場である円盤の成長過程を表しており、惑星形成過程の初期状態を決定付けている可能性がある。
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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
研究は概ね順調である。まず観測データの質の評価、キャリブレーション、画像作成（イメージング）については、アメリカ国立電波天文台の共同研究者からの大きな貢献により、非常に迅速に完了することができた。イメージング後のデータ解析においては、いくつかの解析ツールを開発してきた。とりわけ東アジアの共同研究者が開発した、円盤の回転状態と中心星の質量を求めるpython module (SLAM)は、eDisk project全体の共通解析ツールとして、first-look paper の全てに使用されている。
鹿児島大学のグループは、eDiskの対象天体の中で最も進化段階の若い原始星である、CB68のfirst-look paperの執筆、およびeDiskの観測結果を再現、説明するための輻射輸送モデルの構築を担当している。CB68の1.3-mm連続波のデータ解析からは、原始星周囲に半径20天文単位程度のダスト円盤が存在することを明らかにした。円盤中のダスト連続波の強度分布を調べたところ、短軸方向に非対称な分布を示している。この非対称な分布を輻射輸送モデルを用いて考察した結果、ダストが円盤の上空に浮かんで存在している(flaring)ために、このような非対称な強度分布を示していることが明らかになった。
また分子輝線のデータ解析からは、円盤のケプラー回転運動を検出し、原始星の質量が 0.14太陽質量であることが示された。さらにCB68においては、1500天文単位に渡って広がったストリーマーが存在していることも明らかになった。このストリーマーの空間速度構造を再現するモデルを作成したところ、この構造は遠心力半径100天文単位程度の角運動量を持つ自由落下ガスであることが明らかになった。
CB68の論文はすでに投稿し、レフリーコメントを受けての改訂、再提出も済ませている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はまずは5月10日締め切りのALMAの観測プロポーザル（Cycle 10）の執筆に全力を尽くす。eDiskのこれまでの観測結果を受けて、より研究を進化させるための様々なフォローアップ観測を検討している。例えば、円盤に向かって落ち込む降着ストリーマーが、原始星天体においてどれくらい普遍的なものなのか、原始星や円盤の成長過程においてどれくらい本質的なのか、を議論するための観測プロポーザルを研究代表者が中心となって執筆している。
ALMA観測プロポーザルの提出の後は、投稿中、あるいは準備中のeDisk first-look papers を全て出版することを目指す。鹿児島大学が中心となって執筆したCB 68の first-look paperについては、ほぼ受理寸前まで進んでいる。今後は他の共同研究者が執筆しているfirst-look paperの指導、助言を積極的に行なっていきたい。この際、ただコメントするのみならず、自身で作成したモデルやツールの提供など、より実践的な貢献をしていく。eDisk first-look paperと並行して、研究代表者が執筆している輻射輸送モデルの論文もできるだけ早く出版する。
既存のeDisk データを用いたより系統的な議論を行う 2nd generation papers の検討も先月から始まっている。ここでは研究代表者は、円盤の周囲の分子ガスの構造「エンベロープ」のサイエンスグループのリードを務めている。世界中の研究者を束ねて最先端の成果を出すことを求められる。自身のベストを出してこの重責をつとめ、年度末には2nd generation の最初の論文の投稿を目指したい。
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