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混沌とした若い星系が惑星形成の鍵を握る

惑星形成の理解を妨げてきた主な問題の 1 つは、惑星を形成する原始惑星系円盤の質量を直接測定できないことです。今回、ユニークな原始惑星系円盤の質量を初めて測定することに成功したことで、天文学者は重力不安定性が惑星の形成に重要な役割を果たしていることを確認しました。

ライデン大学とヨーロッパ南天天文台 (ESO) の博士課程の学生である Teresa Paneque-Carreño が率いる天文学者チームは、Atacama Large Millimeter/submillimeter Array を使用して収集したガス速度データを使用しました。

地球からわずか 400 光年弱の位置にある星で、ガスと塵の円盤に囲まれています。星座のへびつかい座は、少なくとも 50 年間、天文学者による調査対象として人気があり、2016 年には若い星がガスと塵の円盤に囲まれていることが発見されました。しかし、そのような質量測定が行われ、重力不安定性が確認されたのはこれが初めてです。

「惑星がどのように正確に形成されるかは、私たちの分野における主な問題の 1 つです。しかし、惑星形成のプロセスを加速させることができると私たちが信じているいくつかの重要なメカニズムがあります」とPaneque-Carreñoは説明します。 「エリアス 2-27 で重力不安定性の直接的な証拠を発見しました。これは、システムが重力的に不安定であることの運動学的および多波長の証拠を示すことができるのはこれが初めてであるため、非常にエキサイティングです。

Paneque-Carreño は、天文学者に惑星形成の謎を解き明かす鍵を与える、チームの調査結果を詳述した 2 つの論文のうちの 1 つの最初の著者であり、The Astrophysical Journal の最新版に掲載されています。

エリアス 2-27 が惑星形成を破壊するための理想的なシステムである理由ミステリー?

研究者たちは、若い星を取り囲むガスと塵の原始惑星系円盤が惑星形成の場所であることをしばらく前から知っており、そのような構造の研究に事欠くことはありません。しかし、この知識と豊富な観測データがあるにもかかわらず、惑星の誕生に至る正確なプロセスは謎のままです.

幸いなことに、エリアス 2-27 の周りの重力不安定性を明確に示す証拠により、この星は天文学者にとって、惑星形成の徹底的な調査を行うための理想的な星となりました.

これまでに原始惑星系円盤で観察されたことのない、すでに研究されている他のシステムとは異なる構造を持っていました:2 つの大規模な渦状腕です」と主任研究者であるチリ大学助教授のローラ・ペレスは述べています。 「重力不安定性は強い可能性がありましたが、これらの構造の起源は謎のままであり、さらなる観測が必要でした.」チリ北部の砂漠は、この若い星を取り囲むガスと塵の渦巻きで訓練されるべきです.

このさらなる研究により、エリアス 2-27 が重力不安定性の兆候を内部に持つ原始惑星系円盤を持っているだけでなく、そのような構造に特有のものである渦巻き腕も持っていることが明らかになりました.

エリアス 2-27:ユニークで混沌とした若い星系

原始惑星系円盤にらせん状のアームが存在するのは、それを構成するガスとダスト全体の密度波によって引き起こされる摂動の結果であると考えられています。

このような特徴を持つ星形成円盤は初めて発見されました。しかし、Paneque-Carreño にとって、それは円盤内に他の何か、カオスが存在することを示しています。この混沌とし​​た性質は、このような円盤では見られなかった別の特徴も生み出します。

「周囲の分子雲から新しい物質が円盤に落ちている可能性があり、それがすべてをより混沌としています。」チリ大学の卒業生は言います。 「エリアス 2-27 星系は、ガス構造が非常に非対称です。これは完全に予想外であり、原始惑星系円盤でこのような垂直方向の非対称性を観測したのはこれが初めてです。」

これは、この垂直非対称性と大規模摂動のダブルパンチであり、ジョージア大学の計算天体物理学の助教授である Cassandra Hall は、惑星形成の理論に大きな影響を与えると信じている渦巻き構造に上昇します.

これは、惑星形成の初期段階のいくつかを加速する可能性があります」と、これらの発見を詳述した論文の共著者であるホールは言います. 「私たちは 2020 年にこのサインを最初に予測しました。計算天体物理学の観点からすると、それが正しいことはエキサイティングです。」

この研究により、原始惑星系円盤の質量を測定するという問題が解決され、惑星形成の理解における大きな障壁が取り除かれました。これは主に、アルマ望遠鏡の観測帯域、特に波長 1.1 ~ 1.4 ナノメートルの光をカバーするバンド 6 と、2.6 ~ 3.6 nm および 0.8 ~ 1.1 nm をカバーするバンド 3 および 7 の組み合わせの高感度によって可能になりました。

「これまでの原始惑星系円盤質量の測定は間接的で、ちりや希少な同位体種のみに基づいていました。この新しい研究により、私たちは円盤全体の質量に敏感になりました」と、2 番目の論文の筆頭著者であるリヨン高等師範学校のポスドク研究員である Benedetta Veronesi は述べています。 「この発見は、惑星形成の分野で最大かつ最も差し迫った障壁の1つを打ち破ることを可能にする円盤の質量を測定する方法の開発の基礎を築きます. 「

解決すべきその他の惑星形成の謎

この研究は、最高の科学的発見のように、惑星形成のプロセスを取り巻くいくつかの質問に答えていますが、新しい質問も引き起こしています.

「星を取り囲むダスト連続体のらせん構造を説明するために重力不安定性が確認されるようになりましたが、明確な説明ができない内部ギャップ、またはディスク内の材料の欠落もあります」とPaneque-Carreño氏は説明します。 .

これらの質問の多くは、私たちが生きているタイムスケールと、惑星が誕生するプロセスのタイムスケールとの間に大きな違いがあるため、答えるのが難しい.

惑星が形成されるには何百万年もかかるため、惑星の形成は困難です。これは、何千万年も生きる星にとっては非常に短い時間スケールですが、私たちにとっては非常に長いプロセスです. 「私たちにできることは、若い星を観察し、その周りにガスと塵の円盤があり、なぜこれらの物質の円盤がそのように見えるのかを説明しようとすることです.犯罪現場を見て、何が起こったのかを推測しようとするようなものです。 「

幸いなことに、Paneque-Carreño、Cassandra Hall、Benedetta Veronesi などの研究者は、この記念碑的な課題に取り組み、惑星形成の残りの謎を解決する準備ができています。

「私たちの観測分析は、エリアス 2-27 の今後の詳細な分析により、重力不安定性が惑星形成円盤でどのように作用するかを正確に特徴付け、惑星がどのように形成されるかについてより多くの洞察を得ることができます。」


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