香川大、アルマ望遠鏡で原始星周囲のリング状ガス雲を初観測

香川大学の研究グループは、アルマ望遠鏡の高周波受信機（Band9）で高密度分子雲コアを観測し、原始星およびその円盤のすぐそばに約1000天文単位の直径をもつリング状ガス雲が存在することを初めて明らかにした（ニュースリリース）。

恒星が生まれる直前と直後の数千年から数万年は、重力による星の近くへのガスの落下運動が活発であった。また分子雲コアは磁力線に貫かれており、ガスと共に原始星に磁力線の束（磁束）が持ち込まれる。このガスの運動と磁束が複雑に相互作用するため、原始星の誕生の直前・直後の様子に関してはまだ理解が進んでいない点が多くある。さらに、この時期のガスは温度10ケルビン （-263度）程度の冷たく、分厚い層に覆われているため、原始星の極近傍で起こっている現象が必ずしも正確に捉えられないことも、星の誕生の詳細過程を探る上での困難な点の一つであった。

研究チームは、アルマ望遠鏡のコンパクトアレイと高周波受信機「Band9」を用いて、おうし座方向にある誕生後間もない原始星が潜む冷たい高密度分子雲コアMC27を一酸化炭素の高励起線で観測した。これは、密度・温度ともに周囲よりも高い部分が選択的に捉えることができると期待される手法となっている。その結果、これまでの観測では厚い層に覆われていてほとんど見えていなかった分子雲コアの中心、すなわち原始星付近のガスが明瞭に検出できることを示した。

観測データから、原始星の近くに直径約1000天文単位規模のリング状ガス雲が浮かび上がった。このリング状ガス雲の電波強度を詳しく測定すると、周囲の冷たいガスより少なくとも10 ケルビン以上は温度が高いことが分かった。

リング状構造を作るには、ガスが押し広げられるようなエネルギー供給が必要である。一方で、リング中心に既知の原始星以外に新たな天体が存在する証拠はなく、そのほか原始星からの双極分子流（星の産声）などよく知られた現象で説明することが難しいことが分かってきた。実際、この天体の赤外線観測で得られていた双極分子流で形作られたと思われる特徴とも一致しない。

研究チームは、原始星近傍を貫いていた磁束が急激に外側に向かって再配置される「交換型不安定性」に着目した。この現象が起こると、磁場によってガスが外側へ押し出され、結果としてリング状のガス雲が形成される。理論研究では、原始星から数百天文単位の距離で強い磁場が形成され得ることが示されており、強い磁場がある場所ではガスが音速を超えて衝撃波を生み出す。その結果、加熱源となる星などが存在せずとも、衝撃波によってガスが温められると考えられる。

よく観測されるミリ波帯の放射は冷たい外層に吸収されやすく、またアルマ望遠鏡がはじめとする干渉計観測が苦手とする薄く広がった分布をしている。今回の成果は、サブミリ波帯にある一酸化炭素の高励起線が、星形成初期に重要な「温かい・動的なガス」を分子雲コア中心付近で捉える強力な手段になり得ることを実証した。

交換型不安定性によって形作られたとされる間接的な証拠はこの天体の過去の研究でも得られていた。しかし、リング状の形を持つことと温度が上昇していることを同時に捉えたのは初めてとなる。今後、より高分解能の観測や、他の天体との比較も通してリングの温度・密度・運動を精密に決定し、原始星の成長史と原始星円盤形成のシナリオを検証が大きく進むと期待されている。