ALMA偏光観測と輻射輸送計算で探る原始惑星系円盤のリング形成とダスト成長

• 研究課題/領域番号: 20K14533
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 大橋 聡史 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (50808730)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 惑星形成 / 原始惑星系円盤 / 電波天文観測 / 原始星円盤 / ダスト成長 / ALMA偏光観測 / 輻射輸送計算

研究開始時の研究の概要

近年、ALMAによる高解像度の撮像観測によって、惑星の誕生現場である原始惑星系円盤に様々な構造が明らかになってきた。特に、リング構造が多くの円盤で観測され、このようなリングが惑星形成へとつながる可能性が指摘されている。
惑星形成の最初のステップは、星間空間にあるミクロンサイズの小さなダストが衝突合体し、ミリメートル以上のサイズへと成長する過程である。このダスト成長過程がリング上で起こっているのかを観測的に調べるため、ミリ波の散乱偏光観測とそれに基づく輻射輸送計算を行う。本研究で円盤におけるダストサイズと乱流分布を明らかにしていく。

研究成果の概要

原始惑星系円盤におけるダストの成長過程について、ALMA望遠鏡やVLAといった電波望遠鏡によるダスト連続波観測とダストの付着成長シミュレーションを行い、惑星形成の初期段階を観測と理論の両面から明らかにした。また、近年ALMAなどで観測されているリングの形成メカニズムの一つとして、ダストの成長前線を提案するに至った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

惑星形成の初期段階が従来考えられていたよりも大幅に早く始まっていることを提唱した。
従来、惑星形成は中心の恒星への質量降着がほとんど終了し、原始惑星系円盤の静かな段階からゆっくりと始まると考えられていたが、本研究によって、惑星形成の始まりは、恒星の形成と同時期が始まっている可能性を示した。本研究は、惑星大気の主成分を決定する段階や、水のようなハビタブルな惑星がどのように形成されるのかといった、生命の起源にも大きな影響を与える。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of Dust Clumps with Sub-Jupiter Mass and Cold Shadowed Region in Gravitationally Unstable Disk around Class 0/I Protostar in L1527 IRS (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Satoshi、Nakatani Riouhei、Liu Hauyu Baobab、Kobayashi Hiroshi、Zhang Yichen、Hanawa Tomoyuki、Sakai Nami
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 934 号: 2 ページ: 163-163
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac794e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] No Evidence of the Significant Grain Growth but Tentative Discovery of Disk Substructure in a Disk around the Class I Protostar L1489 IRS (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Satoshi、Kobayashi Hiroshi、Sai Jinshi、Sakai Nami
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 933 号: 1 ページ: 23-23
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac6fcf
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Misaligned Rotations of the Envelope, Outflow, and Disks in the Multiple Protostellar System of VLA 1623-2417: FAUST. III (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Satoshi、Codella Claudio、Sakai Nami、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 927 号: 1 ページ: 54-54
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac4cae
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The ALMA Survey of 70 μm Dark High-mass Clumps in Early Stages (ASHES). IV. Star Formation Signatures in G023.477 (2021)
  • 著者名/発表者名: Morii Kaho、Sanhueza Patricio、Nakamura Fumitaka、Jackson James M.、Li Shanghuo、Beuther Henrik、Zhang Qizhou、Feng Siyi、Tafoya Daniel、Guzman Andres E.、Izumi Natsuko、Sakai Takeshi、Lu Xing、Tatematsu Ken’ichi、Ohashi Satoshi、Silva Andrea、Olguin Fernando A.、Contreras Yanett
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 号: 2 ページ: 147-147
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2365
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ring Formation by Coagulation of Dust Aggregates in the Early Phase of Disk Evolution around a Protostar (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, S., Kobayashi, H., Nakatani, R., Okuzumi, S., Tanaka, H., Murakawa, K., Zhang, Y., Liu, H. B., & Sakai, N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 907 号: 2 ページ: 80-80
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd0fa
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solving Grain Size Inconsistency between ALMA Polarization and VLA Continuum in the Ophiuchus IRS 48 Protoplanetary Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, Satoshi; Kataoka, Akimasa; van der Marel, Nienke; Hull, Charles L. H.; Dent, William R. F.; Pohl, Adriana; Pinilla, Paola; van Dishoeck, Ewine F.; Henning, Thomas
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 900 号: 1 ページ: 81-81
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abaab4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Salt, Hot Water, and Silicon Compounds Tracing Massive Twin Disks (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Kei E. I.、Zhang Yichen、Hirota Tomoya、Sakai Nami、Motogi Kazuhito、Tomida Kengo、Tan Jonathan C.、Rosero Viviana、Higuchi Aya E.、Ohashi Satoshi、Liu Mengyao、Sugiyama Koichiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 900 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.3847/2041-8213/abadfc
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Substructure Formation in a Protostellar Disk of L1527 IRS (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakatani Riouhei、Liu Hauyu Baobab、Ohashi Satoshi、Zhang Yichen、Hanawa Tomoyuki、Chandler Claire、Oya Yoko、Sakai Nami
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 895 号: 1 ページ: L2-L2
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab8eaa
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Multiple star formation in the VLA 1623－2417 region revealed by FAUST (2023)
  • 著者名/発表者名: 大橋聡史
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] Class I 原始星 L1489 における円盤形成初期のダスト成長と構造形成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大橋聡史
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] Misaligned rotations of the envelope, outflow, and disks in the triplet protostellar system of VLA 1623－2417 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大橋聡史
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会
• [学会発表] 原始星円盤におけるダスト成長前線によるリング形成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大橋聡史
  • 学会等名: 日本天文学会2021年春季年会
• [学会発表] ALMAミリ波偏光観測とVLAセンチ波観測による原始惑星系円盤IRS48のダ ストサイズ分布 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大橋聡史
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会