極めて若い原始星天体に付随した円盤構造とその進化の観測的研究

• Project Area: A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy
• Project/Area Number: 19H05069
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大屋 瑶子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00813908)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: 電波天文学 / 星形成 / 惑星系形成

Outline of Research at the Start

本研究の目標は、形成して間もない原始星に付随する円盤構造の物理的性質を観測的に明らかにすることで、その背景にある物理過程の抽出、およびその後の物理進化の包括的理解に迫ることである。このため、国際共同大型電波干渉計アルマの最高性能 (解像度および感度) を駆使して、形成最初期にある円盤構造を正体を鮮明に描き出す。加えて、5~10個の若い低質量原始星天体 (Class 0/I) について、原始星と円盤の質量を正確に評価することで、これらの構造の共進化過程を検証する。これらの観測的成果を理論研究と結びつけることで、星・惑星形成史の初期過程の全容理解を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、観測的研究を通して、形成されて間もない原始星に付随する円盤構造の物理的・化学的性質を明らかにし、その背景にある物理過程を抽出することで、その後の物理進化の理解を追究することである。このため、大型電波干渉計アルマがもつ最高性能の解像度・感度を駆使して、形成過程の最初期にある円盤構造の正体に迫った。
本研究課題では、超低質量原始星天体IRAS 15398-3359に付随する円盤構造を、高解像度・高感度でのアルマ観測によって捉えた。30天文単位の高解像度観測データに対して、機械学習の手法の一つ (Principal Component Analysis) を適用することで、円盤構造における化学組成の分布を明らかにした。これにより、この天体の円盤構造がH2CO輝線によって鮮明に捉えられること、また、原始星付近でガスが加熱されている様子を見出した。本成果により、アルマ観測データの解析における新たな化学診断の手法を提示した。
さらに、欧・米との国際共同研究を通して、上記の天体で、円盤構造とは大きく異なる方向に吹き出すアウトフロー構造を発見した。この成果は、非常に若い原始星天体で、原始星進化に伴ってアウトフローの方向が変化する様子を初めて観測的に示したものである。これは、不安定な円盤構造と原始星の共進化に迫る重要な現象であり、原始星天体の形成初期段階における物理構造進化の理解に新たな描像を提示した。
上記の成果について、国内外の研究会で報告するとともに、2編の学術論文にまとめて公表した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NRC Herzberg Astronomy and Astrophysics(米国)
• [Journal Article] FAUST. II. Discovery of a Secondary Outflow in IRAS 15398-3359: Variability in Outflow Direction during the Earliest Stage of Star Formation? (2021)
  • Author(s): Okoda Yuki、Oya Yoko、Francis Logan、... Nomura Hideko ... et al. (69人中47番目)
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 910 Issue: 1 Pages: 11-11
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abddb1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular Distributions of the Protostellar Envelope and the Outflow of IRAS 15398?3359: Principal Component Analysis (2020)
  • Author(s): Okoda Yuki、Oya Yoko、Sakai Nami、Watanabe Yoshimasa、Yamamoto Satoshi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 900 Issue: 1 Pages: 40-59
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aba51e
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemical and Physical Structures around the Very Low Mass Protostellar Source IRAS 15398-3359 (2020)
  • Author(s): Okoda, Y., Oya, Y., Sakai, N., Watanabe, Y., & Yamamoto, S.
  • Organizer: The Early Phase of Star Formation (COVID-19に係る事由により開催中止)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamic Structure around the Protostar with a Key to Disk Formation (2020)
  • Author(s): Okoda, Y., Oya, Y., Francis, L., Johnstone, D., Inutsuka, S., Yamamoto, S., & FAUST team members
  • Organizer: Five years after HL Tau: a new era in planet formation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Discovery of the Secondary Outflow Structure in IRAS 15398-3359 (2020)
  • Author(s): Yuki Okoda, Yoko Oya, Logan Francis, Doug Johnstone, Shu-ichiro Inutsuka, Satashi Yamamoto, & FAUST team members
  • Organizer: 天文学会2020年秋季年会
• [Presentation] 極めて若い原始星天体に付随した円盤構造とその進化の観測的研究 (2020)
  • Author(s): 大屋瑶子, 大小田結貴
  • Organizer: 新学術領域「星惑星形成」大研究会
• [Presentation] 非常に若い超低質量原始星における第二のアウトフロー構造 (2020)
  • Author(s): Yuki Okoda, Yoko Oya, Logan Francis, Doug Johnstone, Shu-ichiro Inutsuka, Satoshi Yamamoto, & FAUST team members
  • Organizer: 分子雲から原始星誕生までを追う新時代の星形成モデル構築に向けて
• [Presentation] The Co-evolution of Disks and Stars in Embedded Stages (2020)
  • Author(s): Yuki Okoda, Yoko Oya, and Satoshi Yamamoto
  • Organizer: East-Asian ALMA Science Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Co-evolution of Disks and Stars in Embedded Stages (2019)
  • Author(s): Y. Okoda, Y. Oya, and S. Yamamoto
  • Organizer: SPICA 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Principal Component Analysis を用いた低質量原始星L483の化学組成の解析 (2019)
  • Author(s): 大小田結貴
  • Organizer: 天文学会秋季年会