磁気的環境から俯瞰する星形成の初期物理状態

• 研究課題/領域番号: 19K03922
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設)
• 研究代表者: 神鳥 亮 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), アストロバイオロジーセンター, 研究支援員 (90534636)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 星形成 / 近赤外線 / 磁場 / ダスト / 偏光 / 光学赤外線天文学

研究開始時の研究の概要

恒星の形成母体である高密度ガス塊に付随する磁場構造を初めて明らかにするための大規模な近赤外偏光観測を行う。誕生する恒星の物理量は、その母体となるガス塊が重力収縮開始時に持つ初期物理状態により決まると考えられている。ガス塊の物理量の中でも磁場については最も理解・観測が遅れている。本研究の目的は、星形成の初期物理状態を決める最後のピースである初期磁場構造を、その3次元構造まで含めて観測的に解明することである。これにより、ガス塊内外の磁力線構造、磁場強度、力学的安定性といった重要な物理量についての普遍的描像と多様性の理解を進める。さらに、ガス塊の形成環境、形成過程と進化にも迫る。

研究実績の概要

様々な分子雲コアを取り巻く湾曲磁場を発見し、これまでに6編の学術論文として出版した([FeSt 1-457] Kandori, R. et al., 2020, ApJ, 888, 120; [CB81/L1774] Kandori, R. et al., 2020, ApJ, 890, 14; [B68] Kandori, R. et al., 2020, PASJ, 72, 8; [B335] Kandori, R. et al., 2020, ApJ, 891, 55; [BHR71] Kandori, R. et al., 2020, ApJ, 892, 128; [SL42/CrA-E] Kandori, R. et al., 2020 ApJ, 900, 20)。これらの成果は、南アフリカ天文台で運用中のIRSF/SIRPOLを用いた星間偏光・星間磁場の赤外観測に基づいている。6天体は、それぞれが異なった環境や星形成段階にあるため、天体毎に独立した論文として報告した。孤立した星なし分子雲コアのFeSt 1-457に付随する砂時計型磁場構造を発見し、星なしボック・グロビュールのB68に付随する砂時計型磁場構造を発見し、原始星を形成中の星ありボック・グロビュールのB335に付随する砂時計型磁場構造を発見し、星なし分子雲コアのCB81/L1774に付随する質量中心と磁場中心の位置がオフセットした砂時計型磁場構造を発見し、原始連星を形成中の星ありボック・グロビュールのBHR71に付随するU字型磁場構造を発見し、原始星を形成中の星あり分子雲コアのSL42/CrA-Eに付随するU字型磁場構造を発見した。このように、コア・スケール(数千から1万au程度)の湾曲磁場が様々な天体に付随する様子が見え始めてきており、星形成における磁場の役割の解明への足場が出来上がりつつある。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

既存データの解析に基づく、天文学論文の出版数はこれまで順調に推移している。しかしながら、世界的なコロナ流行のために、南アフリカ天文台への観測渡航が行えない状態が続き、新規のデータを大量に取得することができない状態が続いた。また、この期間において、近赤外線3色同時カメラSIRIUSのKsバンド検出器にトラブルが生じたため、近赤外線撮像において本来の性能発揮ができなくなった。これらの理由により、南アフリカ天文台に長期滞在しながらの大規模なサーベイ観測が実行できなかった。現在、南アフリカ天文台のIRSF望遠鏡は、運用を再開しており、また、SIRIUSのKsバンド検出器の問題も解決されている。本研究計画は、2023年度が5年計画の最終年度であったが、渡航と観測の目処が立ったため、1年間の計画延長を申請した。この計画延長が許可されたため、本研究計画は、2024年度を最終年度として今年も推進されることになった。

今後の研究の推進方策

2024年の夏期(南半球での冬期)に、南アフリカ天文台への2ヵ月ほどの長期の渡航を行い、分子雲コアの赤外線偏光撮像の大規模なサーベイを行いたい。この渡航と滞在にかかる費用は100万円ほどであると見積もっているので、現在の研究費の残額は、この観測によりほぼ全てを消化できる見通しである。この観測では、砂時計型磁場構造などに代表される湾曲した磁力線構造を分子雲コアの周囲で探査することを主な目標とする。また、分子雲コアの母体となるフィラメント分子雲の磁気臨界性を調べるための観測も行い、フィラメント平衡解やフィラメント分裂やコア形成のモデルとの比較を行う。これらの観測に基づく論文の作成に加えて、以前から保有する大量の赤外偏光データの解析結果を報告する論文の出版も進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Distortion of Magnetic Fields in the Dense Core SL 42 (CrA-E) in the Corona Australis Molecular Cloud Complex (2020)
  • 著者名/発表者名: Kandori Ryo、Tamura Motohide、Saito Masao、Tomisaka Kohji、Matsumoto Tomoaki、Tazaki Ryo、Nagata Tetsuya、Kusakabe Nobuhiko、Nakajima Yasushi、Kwon Jungmi、Nagayama Takahiro、Tatematsu Ken’ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 900 号: 1 ページ: 20-20
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abaab3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distortion of Magnetic Fields in BHR 71 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kandori Ryo、Tamura Motohide、Saito Masao、Tomisaka Kohji、Matsumoto Tomoaki、Tazaki Ryo、Nagata Tetsuya、Kusakabe Nobuhiko、Nakajima Yasushi、Kwon Jungmi、Nagayama Takahiro、Tatematsu Ken’ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 892 号: 2 ページ: 128-134
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7b68
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distortion of Magnetic Fields in a Starless Core. VI. Application of Flux Freezing Model and Core Formation of FeSt 1─457 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kandori, Ryo; Tomisaka, Kohji; Saito, Masao; Tamura, Motohide; Matsumoto, Tomoaki; Tazaki, Ryo; Nagata, Tetsuya; Kusakabe, Nobuhiko; Nakajima, Yasushi; Kwon, Jungmi; Nagayama, Takahiro; Tatematsu, Ken'ichi
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 888 号: 2 ページ: 120-120
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6081
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distortion of Magnetic Fields in the Dense Core CB81 (L1774, Pipe 42) in the Pipe Nebula (2020)
  • 著者名/発表者名: Kandori, Ryo; Tamura, Motohide; Saito, Masao; Tomisaka, Kohji; Matsumoto, Tomoaki; Tazaki, Ryo; Nagata, Tetsuya; Kusakabe, Nobuhiko; Nakajima, Yasushi; Kwon, Jungmi; Nagayama, Takahiro; Tatematsu, Ken'ichi
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 890 号: 1 ページ: 14-14
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab67c5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distortion of Magnetic Fields in Barnard 335 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kandori, Ryo; Saito, Masao; Tamura, Motohide; Tomisaka, Kohji; Matsumoto, Tomoaki; Tazaki, Ryo; Nagata, Tetsuya; Kusakabe, Nobuhiko; Nakajima, Yasushi; Kwon, Jungmi; Nagayama, Takahiro; Tatematsu, Ken'ichi
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 891 号: 1 ページ: 55-55
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6f07
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distortion of magnetic fields in Barnard 68 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kandori Ryo、Tamura Motohide、Saito Masao、Tomisaka Kohji、Matsumoto Tomoaki、Kusakabe Nobuhiko、Kwon Jungmi、Nagayama Takahiro、Nagata Tetsuya、Tazaki Ryo、Tatematsu Ken’ichi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 号: 1 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1093/pasj/psz127
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Initial conditions of star and planet formation revealed with IRSF/SIRPOL (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryo Kandori
  • 学会等名: IRSF Workshop (The Workshop on Infrared Astronomy with the Infrared Survey Facility)
  • 国際学会
• [学会発表] 分子雲コアの砂時計型磁場：凍結磁場モデルとコア形成の初期条件について (2020)
  • 著者名/発表者名: 神鳥亮
  • 学会等名: 日本天文学会