強い磁場を持つ分子雲から形成されるフィラメント状分子雲と分子雲コア

• 研究課題/領域番号: 23K03461
• 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: 長崎大学
• 研究代表者: 工藤 哲洋 長崎大学, 教育学部, 教授 (60413952)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 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); 2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 天文学 / 数値シミュレーション / 理論天文学 / 宇宙・天体プラズマ

研究開始時の研究の概要

星は分子雲と呼ばれるガスの中で誕生しています。多くの分子雲は細長いフィラメント状の構造をしています。そして，フィラメントの軸に対して垂直方向に磁場が貫いています。しかし，磁場に貫かれた細長いフィラメント状分子雲がどのように形成されたのかはよくわかっていません。本研究では，磁場に貫かれた細長いフィラメント状分子雲の形成から星の形成にいたるまでの道筋について独自の仮説を提唱します。私たちの仮説は，星の誕生している分子雲で，磁場の力が自己重力と同程度である，という観測事実を自然に説明します。私たちは，その仮説に基づく道筋を一貫した数値シミュレーションで再現し，その結果を観測と比較します。

研究実績の概要

星は分子雲の中で誕生しています。特に、分子雲コアと呼ばれる密度の高い領域では、ガスが自らの重力によって集積して誕生します。多くの分子雲は細長いフィラメント状の構造をしており、フィラメントの軸に対して垂直方向に大規模な磁場が貫いていますが、そのような磁場に貫かれた細長いフィラメント状分子雲がどのように形成されたのかはよくわかっていません。本研究では、磁場に貫かれた細長いフィラメント状分子雲の形成から星形成に至るまでの過程について、独自の仮説を提唱します。その仮説とは、強い磁場中にある分子雲から超音速の流れと両極性拡散によってフィラメント状分子雲が形成され、それが自己重力不安定性で分裂するというものです。私たちは、フィラメント状分子雲の形成からその分裂と星形成に至るまでを一貫した数値シミュレーションで再現し、その結果を観測と比較します。
まず、強い磁場中にすでにフィラメント状の分子雲がある状態を初期条件とし、その不安定性を計算しました。そして、これまでの結果と同様に、磁場の強さに関わらず分子雲が分裂する結果が得られることを確認しました。その後、上記で示した仮説に基づいた数値シミュレーションモデルを構築しました。初期条件として、磁力線方向に星間ガスが集積し、磁力線と垂直方向に薄く広がった分子雲が形成された状況を仮定します。そこに外的な要因として、大規模な擾乱を注入しました。そして、粗い計算ではありますが、そのモデルが実際に数値シミュレーションで計算できることを確認しました。計算の結果、初期の磁場が強くても、分子雲内で両極性拡散が働けば、圧縮された領域で分子雲が磁力線を横切って集積し、磁場に垂直方向に細長いフィラメント状分子雲が形成されました。さらに、分子雲内に小さな擾乱が存在すれば、その細長い分子雲が次第に分裂して分子雲コアを形成している様子が確認できました。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

数値シミュレーションを行うための計算機のセットアップやシミュレーションコード、そしてコンパイラの移植に少し時間がかかり、本格的なパラメータサーベイを行う段階まで研究を進めることができませんでした。また、学内で予想外の業務が発生し、研究の進捗が少し遅れました。

今後の研究の推進方策

今年度の研究室の学生はこの研究に大きな興味を持っています。学生たちと協力してパラメータサーベイを行い、研究の遅れを取り戻したいと考えています。また、合間を見て研究成果もまとめていきます。