原始惑星系円盤の構造と分類：ALMAがもたらす新機軸

• 研究課題/領域番号: 19K03932
• 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: 工学院大学
• 研究代表者: 武藤 恭之 工学院大学, 教育推進機構(公私立大学の部局等), 准教授 (20633803)
• 研究分担者: 橋本 淳 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任助教 (20588610)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 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: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 原始惑星系円盤 / 惑星形成 / 電波天文学 / 理論天文学 / 赤外線天文学 / 円盤・惑星相互作用 / データ解析技術

研究開始時の研究の概要

本研究では、ALMA望遠鏡の観測データを主に使いながら、原始惑星系円盤の構造について再考する。近年になって可能になった、電波領域における原始惑星系円盤の高解像度観測は、若い星周囲の円盤の描像に関する大きな変革をもたらしつつある。その中で、従来考えられていたような円盤の分類に合わないようなものも見つかってきている。そこで、原始惑星系円盤にどのような構造が存在するのかを、データに基づいて改めて俯瞰的に見直し、そこに理論的な考察を加え、円盤の進化や惑星形成への示唆を得ていく。

研究成果の概要

惑星形成の現場である、原始惑星系円盤の構造について、特に、中心星の近傍にダストの存在しない「穴」構造を持つ、遷移円盤天体を軸に調べた。特に、スペクトルだけでは推定できない構造がどの程度あるかを電波観測で調べることを主眼とし、関係する他の波長の観測や理論的研究も行った。その結果、三重星周囲に存在する互いに傾いた多重リング構造の発見や、低質量天体の周囲に存在する遷移円盤のような構造の発見などの成果を挙げた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究を通じて、天体のスペクトルが示唆する円盤構造が、必ずしも空間分解した観測で得られる構造と一致しない例が増えてきた。特に、スペクトルでは穴構造が存在しないように見えても、実際には存在する天体が見つかってきたことで、原始惑星系円盤の分類における「遷移円盤」の考え方を再構築していく必要がある。また、観測天体の範囲を以前に比べて広げたことで、より大きな視点で惑星形成を考察していく一歩となった。本研究の成果の一部は報道発表もされ、社会的な貢献も一定程度あったものと考えている。

研究成果

• [国際共同研究] ビクトリア大学(カナダ)
• [国際共同研究] 中央研究院天文及天文物理研究所(その他の国・地域)
• [国際共同研究] ライデン大学(オランダ)
• [国際共同研究] 台湾中央研究院(その他の国・地域（台湾）)
• [国際共同研究] ビクトリア大学(カナダ)
• [国際共同研究] ジェット推進研究所(米国)
• [国際共同研究] 中央研究院天文及天文物理研究所(その他の国・地域)
• [国際共同研究] カリフォルニア工科大学(米国)
• [国際共同研究] ビクトリア大学(カナダ)
• [雑誌論文] ALMA High-resolution Multiband Analysis for the Protoplanetary Disk around TW Hya (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi, T., Nomura, H., Muto, T., Kawabe, R., Kanagawa, K. D., Okuzumi, S., Ida, S., Walsh, C., Millar, T. J., Takahashi, S. Z., Hashimoto, J., Uyama, T., & Tamura, M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 928 号: 1 ページ: 49-49
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac5111
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Observations of the Asymmetric Dust Disk around DM Tau (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Jun、Muto Takayuki、Dong Ruobing、Liu Hauyu Baobab、van der Marel Nienke、Francis Logan、Hasegawa Yasuhiro、Tsukagoshi Takashi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 911 号: 1 ページ: 5-5
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abe59f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Asymmetric Dust Ring around a Very Low Mass Star ZZ Tau IRS (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Jun、Dong Ruobing、Muto Takayuki
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 161 号: 6 ページ: 264-264
  • DOI: 10.3847/1538-3881/abf431
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High Spatial Resolution Observations of Molecular Lines toward the Protoplanetary Disk around TW Hya with ALMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Nomura Hideko、Tsukagoshi Takashi、Kawabe Ryohei、Muto Takayuki、Kanagawa Kazuhiro D.、Aikawa Yuri、Akiyama Eiji、Okuzumi Satoshi、Ida Shigeru、Lee Seokho、Walsh Catherine、Millar T. J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 914 号: 2 ページ: 113-113
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abfb6a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dust Rings as a Footprint of Planet Formation in a Protoplanetary Disk (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa Kazuhiro D.、Muto Takayuki、Tanaka Hidekazu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 921 号: 2 ページ: 169-169
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac282b
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Water-ice Feature in Near-infrared Disk-scattered Light around HD 142527: Micron-sized Icy Grains Lifted up to the Disk Surface? (2021)
  • 著者名/発表者名: Tazaki Ryo、Murakawa Koji、Muto Takayuki、Honda Mitsuhiko、Inoue Akio K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 921 号: 2 ページ: 173-173
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1f8c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Super-resolution Imaging of T Tau: r = 12 au Gap in the Compact Dust Disk around T Tau N (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Masayuki、Tsukagoshi Takashi、Muto Takayuki、Nomura Hideko、Nakazato Takeshi、Ikeda Shiro、Tamura Motohide、Kawabe Ryohei
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 号: 1 ページ: 121-121
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2bfd
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Observations of the Inner Cavity in the Protoplanetary Disk around Sz 84 (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Jun、Muto Takayuki、Dong Ruobing、Hasegawa Yasuhiro、Marel Nienke van der、Tamura Motohide、Takami Michihiro、Momose Munetake
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 908 号: 2 ページ: 250-250
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abba76
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Observation of the Protoplanetary Disk around WW Cha: Faint Double-peaked Ring and Asymmetric Structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa Kazuhiro D.、Hashimoto Jun、Muto Takayuki、Tsukagoshi Takashi、Takahashi Sanemichi Z.、Hasegawa Yasuhiro、Konishi Mihoko、Nomura Hideko、Liu Hauyu Baobab、Dong Ruobing、Kataoka Akimasa、Momose Munetake、Ono Tomohiro、Sitko Michael、Takami Michihiro、Tomida Kengo
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 909 号: 2 ページ: 212-212
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abdfc5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Scattering Polarization of 3 μm Water-ice Feature by Large Icy Grains (2021)
  • 著者名/発表者名: Tazaki Ryo、Murakawa Koji、Muto Takayuki、Honda Mitsuhiko、Inoue Akio K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 910 号: 1 ページ: 26-26
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abdd3d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Model of a Gap Formed by a Planet with Fast Inward Migration (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro D. Kanagawa, Hideko Nomura, Takashi Tsukagoshi, Takayuki Muto, Ryohei Kawabe
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 892 号: 2 ページ: 83-83
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab781e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GW Ori: Interactions between a Triple-star System and Its Circumtriple Disk in Action (2020)
  • 著者名/発表者名: Bi Jiaqing、van der Marel Nienke、Dong Ruobing、Muto Takayuki、Martin Rebecca G.、Smallwood Jeremy L.、Hashimoto Jun et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 895 号: 1 ページ: L18-L18
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab8eb4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Super-resolution Imaging of the Protoplanetary Disk HD 142527 Using Sparse Modeling (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Masayuki、Akiyama Kazunori、Tsukagoshi Takashi、Muto Takayuki、Kataoka Akimasa、Tazaki Fumie、Ikeda Shiro、Fukagawa Misato、Honma Mareki、Kawabe Ryohei
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 895 号: 2 ページ: 84-84
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab899f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A new and simple prescription for planet orbital migration and eccentricity damping by planet?disc interactions based on dynamical friction (2020)
  • 著者名/発表者名: Ida Shigeru、Muto Takayuki、Matsumura Soko、Brasser Ramon
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 494 号: 4 ページ: 5666-5674
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1073
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SCExAO/CHARIS High-contrast Imaging of Spirals and Darkening Features in the HD 34700 A Protoplanetary Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Uyama Taichi、Currie Thayne、Christiaens Valentin、Bae Jaehan、Muto Takayuki、Takahashi Sanemichi Z.、Tazaki Ryo et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 900 号: 2 ページ: 135-135
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aba8f6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Early High-contrast Imaging Results with Keck/NIRC2-PWFS: The SR 21 Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Uyama Taichi、Ren Bin、Mawet Dimitri、Ruane Garreth、Bond Charlotte Z.、Hashimoto Jun、Liu Michael C.、Muto Takayuki、Ruffio Jean-Baptiste et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 160 号: 6 ページ: 283-283
  • DOI: 10.3847/1538-3881/abc69a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dippers from the TESS Full-frame Images. I. Results of the First One Year Data and Discovery of a Runaway Dipper (2020)
  • 著者名/発表者名: Tajiri Tomoyuki、Kawahara Hajime、Aizawa Masataka、Fujii Michiko S.、Hattori Kohei、Kasagi Yui、Kotani Takayuki、Masuda Kento、Momose Munetake、Muto Takayuki、Ohsawa Ryou、Takita Satoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 251 号: 2 ページ: 18-18
  • DOI: 10.3847/1538-4365/abbc17
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Detection of Dust Gap-ring Structure in the Outer Region of the CR Cha Protoplanetary Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Kim Seongjoong、Takahashi Sanemichi、Nomura Hideko、Tsukagoshi Takashi、Lee Seokho、Muto Takayuki、Dong Ruobing、Hasegawa Yasuhiro、Hashimoto Jun、Kanagawa Kazuhiro、Kataoka Akimasa、Konishi Mihoko、Liu Hauyu Baobab、Momose Munetake、Sitko Michael、Tomida Kengo
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 888 号: 2 ページ: 72-72
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab5d2b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Near-infrared Imaging of a Spiral in the CQ Tau Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Uyama Taichi、Muto Takayuki、Mawet Dimitri et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 159 号: 3 ページ: 118-118
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab7006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust Polarization in Four Protoplanetary Disks at 3 mm: Further Evidence of Multiple Origins (2019)
  • 著者名/発表者名: Harrison Rachel E.、Looney Leslie W.、Stephens Ian W.、Li Zhi-Yun、Yang Haifeng、Kataoka Akimasa、Harris Robert J.、Kwon Woojin、Muto Takayuki、Momose Munetake
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 877 号: 1 ページ: L2-L2
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab1e46
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA survey of Class II protoplanetary disks in Corona Australis: a young region with low disk masses (2019)
  • 著者名/発表者名: Cazzoletti P.、Manara C. F.、Baobab Liu H.、van Dishoeck E. F.、Facchini S.、Alcal? J. M.、Ansdell M.、Testi L.、Williams J. P.、Carrasco-Gonz?lez C.、Dong R.、Forbrich J.、Fukagawa M.、Galv?n-Madrid R.、Hirano N.、Hogerheijde M.、Hasegawa Y.、Muto T.、Pinilla P.、Takami M.、Tamura M.、Tazzari M.、Wisniewski J. P.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 626 ページ: 11-29
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935273
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of An au-scale Excess in Millimeter Emission from the Protoplanetary Disk around TW Hya (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi Takashi、Muto Takayuki、Nomura Hideko、Kawabe Ryohei、Kanagawa Kazuhiro D.、Okuzumi Satoshi、Ida Shigeru、Walsh Catherine、Millar Tom J.、Takahashi Sanemichi Z.、Hashimoto Jun、Uyama Taichi、Tamura Motohide
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 878 号: 1 ページ: L8-L8
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab224c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of dust size and structure on scattered-light images of protoplanetary discs (2019)
  • 著者名/発表者名: Tazaki, R., Tanaka, H., Muto, T., Kataoka, A., & Okuzumi, S.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 485 号: 4 ページ: 4951-4966
  • DOI: 10.1093/mnras/stz662
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Observational Study for Grain Dynamics in the AS 209 Disk with Submillimeter Polarization (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori Tomohiro、Kataoka Akimasa、Ohashi Satoshi、Momose Munetake、Muto Takayuki、Nagai Hiroshi、Tsukagoshi Takashi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 号: 1 ページ: 16-16
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3575
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unveiling Dust Aggregate Structure in Protoplanetary Disks by Millimeter-wave Scattering Polarization (2019)
  • 著者名/発表者名: Tazaki, R., Tanaka, H., Kataoka, A., Okuzumi, S., & Muto, T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 885 号: 1 ページ: 52-52
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab45f0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigating the gas-to-dust ratio in the protoplanetary disk of HD 142527 (2019)
  • 著者名/発表者名: Soon Kang-Lou、Momose Munetake、Muto Takayuki、Tsukagoshi Takashi、Kataoka Akimasa、Hanawa Tomoyuki、Fukagawa Misato、Saigo Kazuya、Shibai Hiroshi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 6 ページ: 124-124
  • DOI: 10.1093/pasj/psz112
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 低質量天体周囲の原始惑星系円盤構造 (2022)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之
  • 学会等名: 新学術領域「星・惑星形成」2021年度大研究会
• [学会発表] 低質量天体 ZZ Tau IRS 周囲の原始惑星系円盤における非軸対称構造 (2022)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之、橋本淳
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] au スケールの円盤構造の詳細観測と感度見積もり (2020)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之
  • 学会等名: ngVLA サブワーキンググループ
• [学会発表] ALMA High Resolution Observations of GW Ori (2020)
  • 著者名/発表者名: Jiaqing Bi, Ruobing Dong, Takayuki Muto
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] Dippers from the TESS Full-Frame Images (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: Exoplanets III
  • 国際学会
• [学会発表] DM Tau 周囲のリング状原始惑星系円盤における弱い非軸対称構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋本淳、武藤恭之、Ruobing Dong, Hauyu Baobab Liu, Nienke van der Marel, Logan Francis, 長谷川靖紘、塚越崇、小西美穂子、工藤智幸
  • 学会等名: 日本天文学会2021年春季年会
• [学会発表] Search for the Inner Disk Structures in "Transitional" Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: 武藤 恭之、橋本 淳、塚越 崇、小西 美穂子、工藤 智幸
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 原始惑星系円盤構造の多様性と惑星形成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之
  • 学会等名: 大阪大学宇宙地球科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging Observations of the Planet-Forming Regions of Protoplanetary Disks with ngVLA (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: ngVLA Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-wavelength High Resolution Observations of Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: Subaru Telescope 20th Anniversary - Optical & Infrared Astronomy for the Next Decade -
  • 国際学会
• [学会発表] Disk Structure Formation at the Earliest Stages of Disk Evolution (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: ALMA Workshop 2019: Early Planet Formation in Embedded Disks
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prospects of Disk Structure Observations for Young Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: Workshop for Protoplanetary Disks and Exoplanets
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: https://er-web.sc.kogakuin.ac.jp/Profiles/10/0000966/profile.html
• [備考]
  • URL: http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~ft13389/