ALMA長基線観測と新しい解析手法で探査する周惑星円盤

• 研究領域: 新しい星形成論によるパラダイムシフト：銀河系におけるハビタブル惑星系の開拓史解明
• 研究課題/領域番号: 21H00059
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 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
• 研究代表者: 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): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 原始惑星系円盤 / 周惑星円盤 / 電波干渉計 / 周惑星系円盤

研究開始時の研究の概要

太陽系で最も大きな惑星である木星に付随するガリレオ衛星が、銀河系において普遍的かどうかを調べる。衛星は惑星を取り巻くガスとダストから成る周惑星円盤で形成されると考えられている。近年のALMA望遠鏡による電波観測により、太陽型のPDS70星に付随する系外惑星PDS70cに、周惑星円盤が発見された。ガリレオ衛星の総質量は約0.07地球質量だが、PDS70cの周惑星円盤のそれは約0.004地球質量しかなく、PDS70cの周惑星円盤では、ガリレオ衛星を形成するために必要な材料が足りない。しかし、系外惑星の周惑星円盤が見つかった例はPDS70cのみであり、観測サンプル数を増やして統計的に調べる。

研究実績の概要

本研究課題は、観測ビジビリティのみをイメージングする新手法を用いて、衛星が形成される母体である周惑星円盤の系統的探査を、ALMAのダスト連続波のデータアーカイブを用いて行うことが目的である。データ解析の結果、有意なシグナルは見つからなった。これまで確認されている周惑星円盤は、2021年に報告されたPDS70c惑星に付随する周惑星円盤のみである。そのシグナルは弱く、他の周惑星円盤も同様の強度のシグナルと仮定すると、典型的な星形成領域で周惑星円盤のシグナルを有意に検出するには現実的なALMAの観測時間では厳しいことが予想される。解析手法のさらなるアップグレードが必要だろう。
研究期間内に本研究に関連する2つの査読論文を発表した。どちらも、本研究課題で用いる新手法を実際の観測データに適応し、有効性を実証した成果である。本研究課題遂行のためのキーポイントは、明るい軸対称な原始惑星系円盤に埋もれた、暗いポイントソースである周惑星円盤を効率的に取り出すことにある。データのキャリブレーションの過程で、見かけの非対称性が生じることがあり、この偽の非対称性と区別する必要がある。本手法を使えば、軸対称な成分をキャンセルすることが可能である。また、偽の非対称性もキャンセルすることが可能である。そこで、本手法の実効性を示すために、弱い非対称性のある原始惑星系円盤を持ったおうし座DM星とおうし座ZZ IRS星に本手法を適応した。これらの非対称性は比較的弱く、その存在の信憑性は乏しかった。本手法を適応した結果、軸対称成分を引き算して、非対称性成分を取り出すことに成功した。また、これまで知られていなかった新たな非対称性を発見することが出来た。本手法の有効性が示されたと言える。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Images of embedded Jovian planet formation at a wide separation around AB Aurigae (2022)
  • 著者名/発表者名: Currie T., Lawson K., Schneider G., Lyra W., Wisniewski J., Grady C., Guyon O., Tamura M., Kotani T., Kawahara H., Brandt T., Uyama T., Muto T., Dong R., Kudo T., Hashimoto J., Fukagawa M., Wagner K., Lozi J., Chilcote J., Tobin T., Groff T., Ward-Duong K., Januszewski W., Norris B., Tuthill P., et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 6 号: 6 ページ: 751-759
  • DOI: 10.1038/s41550-022-01634-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monitoring Inner Regions in the RY Tau Jet (2022)
  • 著者名/発表者名: Uyama Taichi、Takami Michihiro、Cugno Gabriele et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 163 号: 6 ページ: 268-268
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ac67a0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gap Opening and Inner Disk Structure in the Strongly Accreting Transition Disk of DM Tau (2022)
  • 著者名/発表者名: Francis Logan、Marel Nienke van der、Johnstone Doug、Akiyama Eiji、Bruderer Simon、Dong Ruobing、Hashimoto Jun、Liu Hauyu Baobab、Muto Takayuki、Yang Yi
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 164 号: 3 ページ: 105-105
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ac7ffb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Grain Growth in the Dust Ring with a Crescent around the Very Low-mass Star ZZ Tau IRS with JVLA (2022)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Jun、Liu Hauyu Baobab、Dong Ruobing、Liu Beibei、Muto Takayuki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 941 号: 1 ページ: 66-66
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aca01d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A likely flyby of binary protostar Z CMa caught in action (2022)
  • 著者名/発表者名: Dong Ruobing、Liu Hauyu Baobab、Cuello Nicols、Pinte Christophe、Abrahm Peter、Vorobyov Eduard、Hashimoto Jun、Kospal Agnes、Chiang Eugene、Takami Michihiro、Chen Lei、Dunham Michael、Fukagawa Misato、Green Joel、Hasegawa Yasuhiro、Henning Thomas、Pavlyuchenkov Yaroslav、Pyo Tae-Soo、Tamura Motohide
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 6 号: 3 ページ: 331-338
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01558-y
  • 査読あり / 国際共著
• [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-contrast integral field spectropolarimetry of planet-forming disks with SCExAO/CHARIS (2021)
  • 著者名/発表者名: Lawson Kellen D.、Currie Thayne M.、Wisniewski John、Hashimoto Jun、Guyon Olivier、Kasdin N Jeremy、Groff Tyler D.、Lozi Julien、Brandt Timothy D.、Chilcote Jeffrey、Deo Vincent、Uyama Taichi、Vievard Sebastien
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11823 ページ: 20-20
  • DOI: 10.1117/12.2594819
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Massive Compact Disks around FU Orionis-type Young Eruptive Stars Revealed by ALMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Kospal A.、Cruz-Saenz de Miera F.、White J. A.、Abraham P.、Chen L.、Csengeri T.、Dong R.、Dunham M. M.、Feher O.、Green J. D.、Hashimoto J.、Henning Th.、Hogerheijde M.、Kudo T.、Liu H. B.、Takami M.、Vorobyov E. I.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 256 号: 2 ページ: 30-30
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ac0f09
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Keck/OSIRIS Paβ High-contrast Imaging and Updated Constraints on PDS 70b (2021)
  • 著者名/発表者名: Uyama T., Xie C., Aoyama Y., Beichman C. A., Hashimoto J., Dong R., Hasegawa Y., Ikoma M., Mawet D., McElwain M. W., Ruffio J.-B., Wagner K. R., Wang J. J., Zhou Y.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 162 号: 5 ページ: 214-214
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ac2739
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著