ＡＬＭＡが撮影した惑星形成の現場

アタカマ大型ミリメートル/サブミリメータアレイ（ALMA）で撮影された原始惑星系円盤とその空隙。理論通りにガス惑星が惑星材料を吸い込んで隙間が出来るのか？
惑星形成の出来事、時代20
リリース番号： 2018-23
リリースの場合：2018年12月12日水曜日 - 午前9時

マサチューセッツ州ケンブリッジ -
天文学者は遠くの星の周りを軌道上に約4000の外惑星を分類しています。これらの新発見された世界の発見は私たちに多くを教えてくれましたが、惑星の誕生と私たちがすでに明らかにした広範な惑星体を生む正確な宇宙のレシピについてはまだわかりません。木星、大規模な岩石の世界、氷の矮星の惑星、そしていつかすぐに遠く離れた地球の類似体などがあります。
天文学者のチームは、これらの問題やその他の興味深い質問に答えるために、ALMAの最初の大規模で高解像度の原始惑星のディスク、若い星のまわりの塵やガスのベルトの調査を行った。CfAの天文学者Sean Andrewsが共同主催したチームには、CfAの天文学者Karin Oberg、Jane Huang、David Wilnerも含まれています。
アタカマ大型ミリメートル/サブミリメータアレイ（ALMA）のこの「大規模プログラム」は、高角度分解能プロジェクト（DSHARP）のディスクサブアセンブリとして知られており、近くの原始惑星系ディスク20枚の驚異的で高解像度の画像をもたらし、天文学者にそれらが含むさまざまな特徴や惑星が出現する速度などが含まれます。
この調査の結果は、Astrophysical Journal Lettersの特別な焦点問題に現れます。

研究者によれば、これらの観測の最も説得力のある解釈は、現在の理論よりもはるかに速く、海王星または土星と大きさおよび組成が類似している大きな惑星が迅速に形成されることである。このような惑星はまた、彼らの太陽系の外側の範囲で、宿主星からの甚大な距離で形成される傾向がある。このような早熟な形成は、地球規模の地球規模の世界がどのように進化し、成長し、推定される自己破壊的な青年期に生き残ることができるかを説明するのにも役立ちます。
「この数ヶ月にわたる観測キャンペーンの目標は、原始惑星系ディスクの構造的な共通点と相違点を探究することでした」ALMAの著しく鋭い視野は、以前は見えなかった構造や予期せぬ複雑なパターンを明らかにしました。ハーバード＆スミソニアン（CfA）、ALMA観測キャンペーンのリーダー、ライス大学のAndrea Isella、チリ大学のLauraPérez、ハイデルベルク大学のCornelis Dullemondと協力して、「さまざまな大衆の若い星の色々なものの周りにはっきりとした詳細が見られています。これらの非常に多様で小規模な機能の最も説得力のある解釈は、見えない惑星がディスク材料と相互作用していることです。
小惑星形成のための主要なモデルは、惑星が原始惑星系円盤の内部に徐々に蓄積することによって生まれたもので、小惑星、惑星大気、惑星が出現するまで、巨大な岩石を形成する氷結した塵の粒から始まる。この階層的なプロセスは、古くより成熟したシステムで原始惑星系のディスクへの影響が最も一般的であることを示唆している。しかし、マウント証拠は、常にそうとは限らないことを示している。
ALMAの若い原始惑星系ディスクの初期観察は、唯一のものは約100万年前のもので、顕著なリングやギャップを含む驚くほど明確な構造を明らかにしており、惑星の特徴と思われる。天文学者は当初、惑星の行動にこれらの特徴を帰させることに慎重だった。なぜなら、他の自然過程が作用する可能性があるからだ。
「若いディスクの最初の高解像度画像では、惑星形成の可能性のある兆候が見えることは驚くべきことでしたが、これらが異常であるかどうかを知ることが重要でした。 CfAと研究チームのメンバーで構成されています。
しかし、天文学者が研究することができるディスクの最初のサンプルは非常に小さいので、何よりも重大な結論を引き出すことは不可能でした。天文学者が非定型システムを観測していた可能性があります。彼らが見ている機能の最も可能性の高い原因を判断するためには、さまざまな原始惑星系ディスクの観察が必要でした。
DSHARPキャンペーンは、近くの原始惑星系ディスク20周辺りの比較的小規模な塵粒子の分布を調べることによって正確に行うように設計されています。これらのダスト粒子はミリ波の光で自然に輝き、ALMAは若い星の周りの小さな固体粒子の密度分布を正確にマッピングできます。
地球からの星の距離に応じて、ALMAはいくつかの天文単位と同じくらい小さなものを区別することができました。（天文単位は、地球から太陽までの平均距離 - 約1億5000万キロメートルで、スターシステムの規模の距離を測定するのに便利なスケールです）。これらの観察結果を用いて、研究者は近くの原始惑星系ディスクの全集団を画像化し、それらのAUスケールの特徴を研究することができた。
研究者らは、同心円のギャップ、狭いリングのような多くの部分構造がほぼすべてのディスクに共通しているのに対し、大規模なスパイラルパターンや円弧状のフィーチャもいくつかの場合に存在することを発見しました。また、ディスクとギャップは、ホスト星から数百AUから100 AU以上の広範囲の距離に存在し、海王星から太陽の距離の3倍以上離れています。
大規模な惑星の痕跡であるこれらの特徴は、岩石のような地球のような惑星がどのように形成され、成長するかを説明するかもしれない。数十年の間、天文学者は惑星形成理論の主要なハードルに戸惑ってしまった。一旦埃の多い物体が直径約1cmになると、火星、金星、地球のような惑星を形成するのに必要な質量を獲得する。
今ALMAで見られる塵の密な環は、岩場が完全に成熟するための安全な避難所を作り出します。それらの密度が高く、塵粒子が集中すると、円盤に摂動が生じ、惑星が完全な惑星に成長する時間が長くなるゾーンが形成されます。
「ALMAがHLタウの象徴的なイメージで真の能力を明らかにしたとき、ディスクが比較的大規模で若々しいので、それが外れたものかどうか疑問に思っていました」とチリ大学のLaura Perez氏と研究チームのメンバーが指摘しました。HL Tauは珍しいものではなく、実際には若い星の周りの惑星の正常な進化を表すかもしれないことを示しています。
マサチューセッツ州ケンブリッジに本拠を置き、天体物理学センター| ハーバード＆スミソニアン（CfA）は、スミソニアン天体物理学天文台とハーバード大学天文台の協力です。6つの研究部門に組織されたCfA科学者は、宇宙の起源、進化、そして最終的な運命を研究しています。