自然科学研究機構 国立天文台

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若い惑星系に残るガスは塵から供給された―炭素原子ガスの検出で分かったガスの起源―

研究成果

デブリ円盤上でガスが供給される様子のイメージ図
デブリ円盤上でガスが供給される様子のイメージ図。 円盤内に分布する塵や岩石が衝突して、内部に閉じ込められていたガスがまき散らされ、供給されている様子。

理化学研究所の樋口あや協力研究員ほかから成る共同研究グループは、アステ望遠鏡(ASTE)を用いて地球から60光年以上離れた「デブリ円盤」を電波観測し、炭素原子ガスが存在することを発見しました。

星と惑星系は、星と星の間に漂うガス(主成分は水素分子)や塵(ちり)から成る分子雲が自らの重力で収縮することにより誕生します。形成されたばかりの惑星系には、惑星などの天体ができる際に残った塵や、岩石同士の衝突でまき散らされた塵が円盤状に漂っています。これは「デブリ円盤」と呼ばれ、惑星系形成の最終段階にあたります。これまで、デブリ円盤にはガス成分は含まれないと考えられてきました。しかし近年、一酸化炭素分子ガスなどが検出され、その起源について二つの考え方が提示されました。一つは、惑星系のもとになったガス成分が残存している、すなわち水素分子ガスが大量に含まれるという「残存説」、もう一つは、塵からガス成分が新たに供給されている、すなわち水素分子ガスはひじょうに少ないという「供給説」です。

今回、研究グループはアステ望遠鏡を用いて、くじら座および、がか座方向にあるデブリ円盤「くじら座49(49 Ceti)」および 「がか座ベータ(β Pictoris)」を電波で観測しました。その結果、両方の円盤で炭素原子のサブミリ波輝線が検出され、炭素原子ガスが一酸化炭素分子ガスの量の数十倍も存在していることが分かりました。星間空間の炭素原子は、一酸化炭素分子が紫外線にさらされ壊された結果生成されますが、水素分子があると一酸化炭素分子に戻る化学反応も同時に進みます。したがって、デブリ円盤には水素分子ガスが少なく、主に塵同士の衝突などで新たにガス成分が供給されているという「供給説」を支持する結果が示されました。

今後、本研究のような観測を通じてデブリ円盤のガスがどの時期まで存在するのかを理解することで、太陽系のような惑星系が完成されるまでの時間の解明や、惑星形成最終期に起こるといわれている原始惑星間の衝突に関する情報の取得につながると期待できます。

本研究は米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』4月12日号に掲載されるのに先立ち、オンライン版(4月12日付け)に掲載されました。

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