分子雲コア精密観測による乱流起源の超低質星/褐色矮星形成メカニズムの調査

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13582
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 徳田 一起 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 客員研究員 (60802139)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 分子雲コア / 褐色矮星形成 / 小質量星形成 / ALMA / 電波望遠鏡

研究実績の概要

超低質量星や褐色矮星の形成機構に関しては 1 太陽質量程度の星の形成機構に比べて大きく取り遅れている。その理由としては、母体となる非常に高密度で低質量なガス塊の形成要因が理解されていないことが挙げられる。本研究では、ALMA (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array)を用いることにより、超低質量星の母体となる高密度分子雲コアの観測し、その形成メカニズムに迫るものである。太陽系近傍にある分子雲コアをALMAを用いて観測するとこにより、超低質量で高密度なガス塊がどの程度の割合で埋もれているかを調査する。さらに同望遠鏡を用いて複数分子輝線での高い空間分解能での観測を実施し、密度/温度の精密な空間/速度分布を測定することにより、高密度コア形成に周囲の環境 (乱流) がどのような役割を果たしたかを明らかにする。 本年度(2019年4月から2020年3月末)の特筆すべき成果は、申請者を筆頭著者とする論文が1本受理されたことである(Tokuda et al. 2019, PASJ, 71, 73)。本論文では、ALMAを用いておうし座分子雲コアを複数観測した結果、MC5Nという天体が最も密度が高く、かつ分子雲コアの質量が典型的なものと比べて1桁近く小さい(0.2-0.4 太陽質量程度)ことを見出したことを報告した。分子雲コアのガスのうち一定の割合(20-40%)が星に変換されると仮定すると、褐色矮星もしくは超低質量星を形成する母体である可能性が高い天体と言える。また同天体をALMAを用いてさらに高解像度で観測する提案がALMA Cycle7で受理された。これにより褐色矮星(もしくは超低質量星)形成の極初期段階を捉えることができる可能性がある。

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

研究期間2年目にあたる本年度(2019年度)では、投稿論文が1本受理された。ALMA等を用いた観測によりフィラメント状分子雲に埋もれた低質量/高密度分子雲コアMC5Nを見出した。これは当初の研究計画では想定していなかったものであるが、褐色矮星/超低質量星がより大きい星を作る分子雲コア同様に形成されるモードの存在を示唆する重要な天体を見出したと言える(成果1)。この天体をさらに詳しく調べるためのALMAを用いた観測提案が採択された(成果2)。ただし、成果2の観測は、ALMAサイトの悪天候と新型コロナウィルスの影響もあり、完全に観測は終了しておらず、2020年4月の地点で解析に着手できていないため、進捗状況を(2)と評価する。

今後の研究の推進方策

現在、ALMA Cycle 6で採択された観測のデータ解析を実行中である。これはおうし座領域における30個以上に渡る分子雲コアのサーベイ観測であり、これまで見出されてこなかった、高密度分子雲コアの統計的性質や、星形成直前の複雑な分裂/合体構造などが見出されつつある。これらは褐色矮星だけでなく、一般的な星の誕生プロセスを理解する上で極めて重要である。これらの結果はすでに論文としてApJに投稿済みであり2020年度前半をめどに受理を目指している。また、これらのサーベイで明らかになった分裂/合体構造の詳細を探るため、さらなるALMA 観測を提案する予定である。
現在までの進捗状況で述べたMC5Nの詳細観測が手元に届けば、そちらのデータ解析に注力し、褐色矮星直前の分子ガスの物理状態について明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] IRFU/Service dAstrophysique(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: IRFU/Service dAstrophysique
• [雑誌論文] An ALMA View of Molecular Filaments in the Large Magellanic Cloud. I. The Formation of High-mass Stars and Pillars in the N159E-Papillon Nebula Triggered by a Cloud?Cloud Collision (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukui Y., Tokuda K, Saigo K., Harada R., Tachihara K., Tsuge K., Inoue T., Torii K., Nishimura A., Zahorecz S., Nayak O., Meixner M., Minamidani T., Kawamura A., Mizuno N., Indebetouw R., Sewilo M., Madden S., Galametz M. Lebouteiller V., Chen C.-H. R., Onishi T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 886 ページ: 14～14
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab4900
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An ALMA View of Molecular Filaments in the Large Magellanic Cloud. II. An Early Stage of High-mass Star Formation Embedded at Colliding Clouds in N159W-South (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokuda K., Fukui Y., Harada R., Saigo K., Tachihara K., Tsuge K., Inoue T., Torii K., Nishimura A., Zahorecz S., Nayak O., Meixner M., Minamidani T., Kawamura A., Mizuno N., Indebetouw R., Sewilo M., Madden S., Galametz M. Lebouteiller V., Chen C.-H. R., Onishi T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 886 ページ: 15～15
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab48ff
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nobeyama 45 m Cygnus-X CO Survey. II. Physical Properties of C18O Clumps (2019)
  • 著者名/発表者名: Takekoshi Tatsuya、Fujita Shinji、Nishimura Atsushi、Taniguchi Kotomi、Yamagishi Mitsuyoshi、Matsuo Mitsuhiro、Ohashi Satoshi、Tokuda Kazuki、Minamidani Tetsuhiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 ページ: 156～156
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3a55
  • 査読あり
• [雑誌論文] A centrally concentrated sub-solar-mass starless core in the Taurus L1495 filamentary complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokuda Kazuki、Tachihara Kengo、Saigo Kazuya、Andre Phillipe、Miyamoto Yosuke、Zahorecz Sarolta、Inutsuka Shu-ichiro、Matsumoto Tomoaki、Takashima Tatsuyuki、Machida Masahiro N、Tomida Kengo、Taniguchi Kotomi、Fukui Yasuo、Kawamura Akiko、Tatematsu Ken’ichi、Kandori Ryo、Onishi Toshikazu
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 ページ: 73-1~73-13
  • DOI: 10.1093/pasj/psz051
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ALMA ACA サーベイで探る Taurus 領域分子雲コア進化の統計的研究 (2): 1 mm 帯連続波で検出された分子雲コアの内部構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 徳田一起, Zahorecz Sarolta (大阪府大/国立天文台), 藤城翔, 立原研悟, 福井康雄, 犬塚修一郎 (名古屋大), 西合一矢, 河村晶子 (国立天文台), 松本倫明 (法政大), 町田正博 (九州大), 富田賢吾 (大阪大), 高嶋辰幸, 大西利和 (大阪府大)
  • 学会等名: 日本天文学会2029年春季年会
• [学会発表] ALMA による渦巻銀河 M33 の巨大分子雲の高分解能観測 (3): フィラメント状分子雲と原始星アウトフローの検出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 徳田一起 (大阪府大/国立天文台), 近藤滉, 村岡和幸, 西村淳, 大西利和 (大阪府立大学), 濤崎智佳 (上越教育大学), 三浦理絵, 西合一矢, 河村晶子, 鳥居和史 (国立天文台), 小野寺幸子 (明星大学), 久野成夫 (筑波大学), 藤田真司, 立原研悟, 福井康雄 (名古屋大)
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] Spatially resolved high-mass star-forming filamentary clouds in the Large Magellanic Cloud (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tokuda
  • 学会等名: ALMA/45m/ASTE Users Meeting 2019
• [学会発表] A detailed ALMA study of an early stage of protostar formation in a highly dynamical dense core (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tokuda
  • 学会等名: ALMA Workshop 2019: Early Planet Formation in Embedded Disks
  • 国際学会
• [学会発表] Spatially resolved filamentary clouds in the Large Magellanic Cloud (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tokuda
  • 学会等名: LINKING THE MILKY WAY AND NEARBY GALAXIES
  • 国際学会
• [学会発表] A detailed ALMA study of an early stage of protostar formation in a highly dynamical dense core (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tokuda
  • 学会等名: Zoom in on star formation
  • 国際学会
• [学会発表] ALMA studies of the substructure of protostellar/prestellar cores in Taurus (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, Kazuki
  • 学会等名: From Stars to Planets II - Connecting our understanding of star and planet formation
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing the substructures of prestellar/protostellar cores with ALMA and the ngVLA (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tokuda
  • 学会等名: next generation VLA workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Taurus dense core surveys with single-dishes and interferometers in the Heisei and Reiwa era (2019)
  • 著者名/発表者名: 徳田一起
  • 学会等名: Nobeyama Science Workshop -令和元年-
  • 招待講演