すべての星の半分以上は複数の星系のメンバーとして生まれますが、複数の星が形成されるプロセスはよく理解されていません。したがって、多重星の形成メカニズムの謎を解明することは、総合的な星形成理論を確立するために非常に重要です。これまでに複数の星の形成シナリオがいくつか提案されているが、形成シナリオに関する議論はまだまとまっていない。

3 つの原始星 IRAS 04239+2436 の芸術的印象。出典：アルマ望遠鏡（ESO/国立天文台/NRAO）

複数の星の形成過程を理解するには、アルマ望遠鏡のような高解像度・高感度の機器を用いて、複数の原始星（形成途中の星）が誕生する瞬間を直接観察する必要があります。また、最近の原始星の観測では、原始星に向かうガスの流れである「流線」と呼ばれるガス構造が報告されることが多い。

これらの流線の観察は、原始星がどのようにガスを吸収して成長したかを示すため重要ですが、これらの流線がどのように形成されたのかは現時点では不明です。多星系の原始星の周囲のガス流は複雑な構造をしていることが予想されるため、アルマ望遠鏡の高分解能を用いた詳細な観測は、ガス流の起源を研究するための強力なツールとなります。

三系原始星IRAS04239+2436周辺のガス分布、(左)アルマ望遠鏡が観測したSO放出、(右)スーパーコンピュータ「アテルイ」による数値シミュレーション再現。左側の青で示されている原始星 A と B は、原始星の周囲の塵からの電波を表しています。原始星Aには未解明の原始星が2つ存在すると考えられています。右の画像では、3 つの原始星の位置が青い十字で示されています。出典: アルマ望遠鏡 (ESO/国立天文台/NRAO)、J.-E.リータル。リータル。

詳細な観察と発見

研究チームはアルマ望遠鏡を使用して、若い多星系IRAS04239+2436の周囲の一酸化硫黄（SO）分子が発する電波を観測した。 IRAS04239+2436 は「三元原始星系」で、私たちから約 460 光年離れた 3 つの原始星から構成される系です。研究チームは、衝撃波が発生する領域でSO分子が検出され、原始星の周囲で激しいガスの動きが見られると期待している。観測の結果、原始星の約3倍のSO分子が検出され、SO分子の分布が最大400天文単位にも及ぶ大きな螺旋腕を形成していることが判明した。さらに、ドップラー効果による電波の周波数シフトからSO分子を含む気体の速度を求めることに成功した。

ガス運動の分析に基づいて、彼らはSO分子がたどる渦巻き腕が確かに三重原始星に向かって流れる流線であることを発見した。 「私たちのアルマ望遠鏡画像の最も重要な特徴は、SO放射線の中で大きく明確に定義されたマルチアーム構造が検出されたことです」とリー氏は発見の重要性を説明した。 「私の第一印象は、これらの構造が一緒に踊り、原始星系の中心の周りを回転しているということでしたが、その後、渦巻状の腕が小さな星に栄養を与える物質の通路であることが分かりました。」

スーパーコンピュータ「アテルイ」が多重星の形成をシミュレーション。この映画では、複数の原始星が糸状の乱流ガス雲の中で誕生し、その雲が渦巻状の腕を励起し、移動する際に周囲のガスを乱す様子を示している。出典: 松本智明、武田隆明、国立天文台 4D2U プロジェクト

意味と比較分析

ガスの動きをさらに研究するために、研究チームは、この観測から得られたガスの速度と数値シミュレーションから得られた速度を比較しました。これらのシミュレーションは、国立天文台計算天体物理学センターの天文学専用スーパーコンピューター「アテルイ」「アテルIII」を用いて行われました。シミュレーションでは、ガス雲の中で 3 つの原始星が形成され、3 つの原始星の周囲の乱れたガスが渦巻状の腕の形で衝撃波を励起しました。

この研究の数値シミュレーションを主導した松本氏は、「渦状腕が3つの原始星に向かうガスの流れを示していることがわかりました。これらは原始星にガスを供給する流線です」と述べた。 「シミュレーションされたガス速度は観測結果と良く一致しており、数値シミュレーションが実際に流線の起源を説明できることを示しています。」

多星形成のためのハイブリッド方式

研究チームは観測データと数値シミュレーション結果を比較することで、この三重原始星がどのようにして誕生したのかを調べた。これまでのところ、複数の星の形成には 2 つのオプションがあります。 1つ目は「乱流断片化シナリオ」で、乱流ガス雲が断片化してガス凝縮体となり、それぞれの凝縮体が原始星に進化するというものだ。 2つ目は、原始星の周囲のガス円盤が分裂して新たな原始星を形成し、複数の星が誕生する「円盤分裂シナリオ」である。

ここで観察された原始星の 3 倍化は、乱流断片化シナリオと同様に、星形成プロセスが乱流の原始ガス雲から始まり、その後、円盤断片化シナリオと同様に、円盤内で新しい原始星の種が生成され、周囲のガス乱流によって渦巻腕が広く伸びるというハイブリッド シナリオによって説明できます。この観測はシミュレーションと非常に似ており、観測された三重項原始星が混合スキームを通じて複数の星を形成したことが確認された最初の天体であることを示唆している。

松本教授は「原始星と流星の起源が同時に包括的に解明されたのは初めて。アルマ望遠鏡の観測とシミュレーションの組み合わせは、星形成の秘密を解明する強力なツールとなる」と述べた。

惑星形成と将来の研究への影響

リー氏は、この研究が多星系における惑星形成の困難さにも光を当てていると信じている。彼女は、「惑星は、原始星の周りに形成されたガスと塵の円盤の中で誕生します。この3つの原始星系では、原始星は狭い領域に位置し、原始星の周囲の円盤は小さく、原始星を周回する原始星が円盤を他の原始星から引き離します。惑星は長期にわたる穏やかな環境で形成されます。したがって、IRAS04239+2436は惑星が誕生しやすい環境である可能性は低いです」と述べています。フォーメーション。」

松本氏は、この研究が多重星形成の理解に与える影響について語ります。 「ハイブリッド方式による多星系形成の実際の観察は、多星形成方式に関する議論の解決に大いに役立つだろう。さらに、この研究は最近注目された流線の存在を確認するだけでなく、それらがどのように形成されるのかも説明しており、大きな進歩を示している。」

Jeong-EunLeeらは、Astrophysical Journalに掲載された論文「分子線によって画像化された三重原始星系の三重らせん腕の三重らせん腕」でこの研究を紹介した。