天文学者は水と惑星形成の間の新たな関係を明らかにする

原始惑星系円盤内部の水の存在が惑星形成に大きくかかわっているようです。以下、機械翻訳。
天文学者は水と惑星形成の間の新たな関係を明らかにする
2024年 2月29日

暗い背景上で、画像の中央にある明るい青白い物体が円盤状の赤みがかったリングで囲まれています。 オブジェクトとリングはかすんでおり、わずかに混ざり合っています。
研究者らは、まさに惑星が形成されている可能性のある若い星の周囲の円盤内に水蒸気があることを発見した。 水は地球上の生命にとって重要な成分であり、惑星の形成にも重要な役割を果たすと考えられています。 しかし、これまで、私たちは安定した冷たい円盤、つまり恒星の周りに惑星が形成されるのに最も好ましい条件を提供する円盤の中で水がどのように分布しているかをマッピングすることはできませんでした。 この新しい発見は、ヨーロッパ南天天文台 (ESO) がパートナーであるアタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイ (ALMA) のおかげで可能になりました。

「惑星が形成されている可能性が高い地域で、水蒸気の海の画像を撮影できるとは想像もしていませんでした」と、本日ネイチャー誌に掲載された研究を主導したイタリア・ミラノ大学の天文学者ステファノ・ファッキーニ氏は言う。 天文学。 この観測により、地球から450光年離れたおうし座の若い太陽に似た恒星おうし座HLの内円盤に、地球の全海洋の少なくとも3倍の水が存在することが明らかになった。

「私たちが450光年離れたところにある水蒸気を検出できるだけでなく、詳細な画像を取得し、空間的に分解できることは本当に注目に値します」と共著者でイタリアのボローニャ大学の天文学者レオナルド・テスティ氏は付け加えた。 アルマ望遠鏡による「空間分解能」観測により、天文学者は円盤のさまざまな領域における水の分布を決定することができます。 「象徴的なおうし座HL円盤のこのような重要な発見に参加することは、天文学における私の最初の研究経験としては予想を超えていました」と、参加当時修士課程の学生だったベルギーのリエージュ大学のマチュー・ヴァンダー・ドンクト氏は付け加えた。 研究では。

おうし座HL円盤の既知の隙間が存在する領域で、かなりの量の水が発見された。 若い惑星のような天体が物質を集めて成長するにつれて、その周りを周回することによって、ガスと塵が豊富な円盤にリング状の隙間が刻まれます。 「私たちの最近の画像では、現在惑星が形成されている可能性のあるギャップを含む、恒星からの距離の範囲にかなりの量の水蒸気が存在していることが明らかになりました」とファッキーニ氏は言う。 これは、この水蒸気がそれらの領域で形成される惑星の化学組成に影響を与える可能性があることを示唆しています。

地球の大気に含まれる豊富な水蒸気が天文信号を劣化させるため、地上の望遠鏡で水を観察することは並大抵のことではありません。 ESOが国際パートナーと協力して運営するアルマ望遠鏡は、標高約5000メートルのチリのアタカマ砂漠にある一連の望遠鏡で、特にこの劣化を最小限に抑えるために高地で乾燥した環境に建設され、優れた観測条件を提供します。 「これまでのところ、アルマ望遠鏡は、冷たい惑星形成円盤内の水を空間的に分解できる唯一の施設です」と共著者であるスウェーデンのチャルマーズ工科大学の教授であるワウター・ブレミングス氏は述べています[1]。

「氷の塵粒子から水分子が放出される様子を写真で直接目撃できるのは本当に興奮します」と、ESOの天文学者でこの研究にも参加したエリザベス・ハンフリーズ氏は言う。 円盤を構成する塵の粒子は惑星形成の種であり、衝突して凝集して星の周りを回るさらに大きな天体になります。 天文学者たちは、水が塵の粒子に凍るほど寒い場所では、物体がより効率的にくっつき、惑星形成に理想的な場所であると信じています。 「私たちの研究結果は、約45億年前の私たちの太陽系と同様に、水の存在が惑星系の発達にどのような影響を与えるかを示しています」とファッキーニ氏は付け加えた。

アルマ望遠鏡でアップグレードが行われ、ESO の超大型望遠鏡 (ELT) が 10 年以内に稼働することにより、惑星の形成とその中で水が果たす役割がこれまで以上に明らかになるでしょう。 特に、中赤外線ELTイメージャおよび分光器であるMETISは、地球のような惑星が形成される惑星形成円盤の内部領域の比類のないビューを天文学者に提供します。

ノート
[1] 新しい観測ではアルマ望遠鏡のバンド 5 とバンド 7 受信機が使用されました。 バンド 5 と 7 は、それぞれ Chalmers/NOVA (オランダ天文学研究学校) と IRAM (放射天文学ミリメトリック研究所) で、ESO の関与のもとにヨーロッパで開発されたものです。 バンド 5 は、ALMA を、特に局所宇宙内の水を検出および画像化するための新しい周波数範囲に拡張しました。 この研究でチームは、円盤内の異なる温度にあるガスをマッピングするために、2 つの受信機周波数範囲にわたって水の 3 つのスペクトル線を観察しました。

詳しくは
この研究は、Nature Astronomy に掲載される「HL タウ円盤の内部天文学単位における水の解決された ALMA 観測」というタイトルの論文で発表されました (doi:10.1038/s41550-024-02207-w)。

チームは、S. Facchini (イタリア、ミラノ大学、Fisica ディパルティメント)、L. Testi (イタリア、ボローニャ大学、Fisica e Astronomia “Augusto Righi”)、E. Humphreys (ヨーロッパ南天文台、 ドイツ、共同アルマ天文台、チリ、欧州南方天文台ヴィタキューラ）、M. Vander Donckt (宇宙科学、技術、天体物理学研究 (STAR) 研究所、リエージュ大学、ベルギー)、A. Isella (物理天文学部、 ライス大学、米国 [ライス])、R. Wrzosek (ライス)、A. Baudry (ボルドー天体物理学研究所、ボルドー大学、CNRS、フランス)、M. D. Grey (タイ国立天文研究所、タイ)、 A.M.S. Richards (JBCA、マンチェスター大学、英国)、W. Vlemmings (宇宙地球環境学部、チャルマーズ工科大学、スウェーデン)。

国際天文学施設であるアタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイ (ALMA) は、ESO、米国国立科学財団 (NSF)、日本の国立自然科学研究所 (NINS) とチリ共和国の協力によるパートナーシップです。 アルマ望遠鏡は、加盟国を代表して ESO から資金提供されており、NSF はカナダ国立研究評議会 (NRC) および台湾の国家科学技術評議会 (NSTC) と協力して、NINS は中央研究院 (AS) と協力して資金提供されています。 台湾と韓国天文宇宙科学研究院(KASI)にある。 アルマ望遠鏡の建設と運用は、加盟国を代表してESOが主導します。 北米を代表して、Associated Universities, Inc. (AUI) が管理する国立電波天文台 (NRAO) による。 そして東アジアを代表して国立天文台（NAOJ）によるものです。 合同アルマ望遠鏡 (JAO) は、アルマ望遠鏡の建設、試運転、運用の統一的なリーダーシップと管理を提供します。

リンク
研究論文（プレプリント版、仮タイトル付き）
アルマ望遠鏡の写真
ESO の超大型望遠鏡について詳しくは、専用 Web サイトとプレスキットをご覧ください。


図1 上。 左: HL タウの 1.7 mm 連続画像。 中央: 統合強度マップ
183GHzの水道回線。 右: 4σ 後の 183 GHz 水線の強度加重速度マップ
個々のチャンネルでのクリッピング。ディスクの回転が明確に検出されます。 中心。 トップパネルと同様に、
0.94 mm 連続体および 325 GHz のウォーターラインの場合。 強度加重速度マップ
このケースは 3σ クリッピング後に計算されます。 底。 左と中央：上部パネルと同じ、
0.94 mm 連続線と 321 GHz のウォーターライン。 SNR が低いため、1 つのマップが表示される瞬間はありません。 右：
321 GHz ライン モーメント 0 マップの [4,5,6,7,8]σ 等高線による連続体強度の拡大図、
σ = 13.3 mJy ビーム^−1 km s^−1
。 統合強度マップに関連付けられた rms
183 GHz 回線と 325 GHz 回線はそれぞれ、28.2 および 46.3 mJy ビーム^−1 km s^−1 です。