オリオン座「もうすぐ星が生まれる場所」目録完成

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野辺山45m電波望遠鏡の観測により、オリオン座の方向で星がまさに誕生している現場の目録が作られた。これらの現場をアルマ望遠鏡が撮影し、ガスが作る不思議な構造をとらえた。

【2020年8月11日 国立天文台 野辺山宇宙電波観測所

星の原材料となる分子ガスが集まった「分子雲」のうち、特に密度が濃いところは「分子雲コア」と呼ばれ、星の誕生現場と考えられている。分子が発する電波をとらえることでこれら分子雲や分子雲コアを観測することができるので、星が生まれる前の段階を研究するには、電波望遠鏡による観測がとても重要だ。

ただし、電波観測で分子雲の密度の非常に高い場所を特定することは可能だが、全ての分子雲コアで星が誕生するとは限らない。分子雲コアの中心部が重力によって収縮し原始星ができると考えられているが、分子雲コアから星が誕生するプロセスは解明されておらず、観測した分子雲コアで本当に近い将来星が誕生するかどうかを判断できていなかった。

野辺山宇宙電波観測所の金観正さんと立松健一さんたちの国際研究グループは、重水素という特殊な水素に着目した。重水素は通常の水素と比べて中性子が1つ多く、質量が約2倍である。最近の観測によれば、恒星が生まれつつある分子雲コアの中では通常の水素に対する重水素の割合がどんどん高くなり、ひとたび星が誕生すると急に減少することが明らかになっている。つまり、重水素の割合が多いほど、星の誕生の瞬間に近いことになる。

金さんたちはまず野辺山45m電波望遠鏡を使って、オリオン座分子雲にある多くの分子雲コアの重水素の割合を測定した。その結果から重水素の割合が大きい場所を特定し、オリオン座における「もうすぐ星が生まれる場所」目録を完成させた。ここで「もうすぐ」とは天文学的時間スケールにおいてであり、実際は10万年単位を指す。

オリオン座、分子雲コアにおける水素を含む分子分布
(上段)オリオン座、(下段)野辺山45m電波望遠鏡がとらえた分子雲コアの、水素を含む分子の分布(提供:リリースページより、オリオン座の画像:立松健一)

また、アルマ望遠鏡のパラボラアンテナ66台のうち日本が開発を担当した16台のアンテナ群「モリタ(森田)アレイ」を使い、重水素が多く星が誕生する「直前」と「直後」と判明した場所を詳細に観測したところ、星の誕生直前の場所で、周囲のガスが分子雲コアに向かって流れ込む様子がとらえられた。分子雲コアから星形成のプロセスが開始されるきっかけのモデルとして、成長を阻害する乱流が減衰する、同じく磁力線が減少する、ガスが流れ込み質量が増える、という3つの説があるが、今回の結果は3つ目の「体重増加」モデルを支持するものである。

一方、星の誕生直後の場所では、原始星の両側に重水素を含むガスが分布する「謎の二つ目玉」構造が発見された。この構造が作られた過程や、星の誕生に普遍的なものかどうかは、今後の観測で明らかになると期待される。

分子雲コアにおける水素を含む分子分布
(上段)分子雲コアの水素を含む分子の分布(1枚目の下段と同じ)、(下段)アルマ望遠鏡がとらえた重水素を含む分子N2D+の分布。右側が原始星の両側に対称にガスが分布する二つ目玉構造で、赤い星印は原始星の位置を示す(提供:リリースページより)

今回の成果から示されたように、重水素を指標とする観測は、星の誕生現場を探り出す重要なツールとなる。今後同様の観測により、分子雲コアから原始星に至るプロセスの解明が進むだろう。

アルマ望遠鏡「モリタアレイ」を構成するパラボラアンテナなど
アルマ望遠鏡のアタカマ・コンパクトアレイ(ACA)、別名「モリタアレイ」を構成する12mパラボラアンテナ(左上)、7mパラボラアンテナ(左下)、バンド4/8/10の各受信機(右上)、相関器(右下)(提供:国立天文台