磁場が支えるガスの流れが大質量の星を生み出していた！ アルマ望遠鏡の優れた感度と解像度によって見えてきたこと

アルマ望遠鏡の高い解像度によって分かったこと。
それは、大質量の星が生まれる場所では、星に物質が供給される仕組みに、磁場が重要な役割を果たしていることでした。
磁場の力が、ガスの流れを外圧や重力作用から守っているので、星の形成が安定するそうです。

星の形成過程において磁場はどのような役割果たすのか

星形成過程において、磁場がどのような役割を果たすかは、これまでも広く議論されているテーマです。

この磁場はどれほど強いのでしょうか？
そして、磁場は星の材料物質を形成中の中心星まで運ぶことができるのでしょうか？
さらに、いつどこで重力が磁場の影響を上回るのでしょうか？
これらのことは、大きな謎になっていました。

今回の研究を進めているのは、台湾中央研究所のパトリック・コッホ氏を中心とする国際研究チーム。
アルマ望遠鏡を用いて、“W51 e2”および“W51 e8”と呼ばれる大質量星形成領域の磁場構造を、0.1秒角というこれまでにない高い解像度でとらえています。

この領域をとらえた初期の解像度は3秒角だったので、30倍（面積に換算すると約1000倍）も解像度が向上しているんですねー

これは、アルマ望遠鏡の優れた感度と解像度によって実現したもの。
磁場の分布を1000倍も鮮明にし、500天文単位という小さな領域まで初めて可視化することに成功しています。

図1．“W51 e2”（上）と“W51 e8”（下）の大質量の星形成領域での、星形成過程4段階における磁場の様子（左から順に、外層、全体崩壊、局所崩壊、降着流のスケール）右に行くほど解像度が高く、右端のパネルでは1000倍鮮明になるよう、実際に検出された磁場の形態に基づいたアルゴリズムを用いて、流線を不可視化している。最も高い解像度＝500天文単位（0.1秒角）の画像では、星形成の中心核に物質が流れ込んでいるように見え、中心核とつながる複数の流れが分解して見えることが分かる。磁場がガスの流れに強く沿っているので、ガスの流れは崩壊や外圧に対して安定している。右端の破線円の大きさは左端の観測と同様の3秒角による解像度を示していて、アルマ望遠鏡によって解像度が飛躍的に向上していることが分かる。（Credit: Koch et al.）

磁場はガスの降着流に沿っている

一連の観測画像から見えているのは4つの異なるスケールです。
それぞれのスケールは、星が形成される過程、そして中心星に物質が流れ込む過程において、磁場が果たす重要な役割をとらえています。

2-3秒角の画像（外層スケール）では、強い磁場によって作られた模様が見えています（この画像では磁場は横向き）。
周辺から中心付近に向かって物質が降着している様子が映っています。

0.7秒角の画像（全体崩壊スケール）では、重力の作用によって物質が集まっていく一方で、局所的にはそれに抵抗する作用が磁場によって生じます。

0.26秒角の画像（局所崩壊スケール）では、上の塊が2つの小さな核に分裂していて、よく見るとこの部分の磁場の分布と重力の作用は全体崩壊（0.7秒角の画像）と同じような状態を表しています。

このように、解像度の違いによって物質や磁場の見え方が異なるので、星が形成される過程を詳しく観察することができます。

最も解像度の高い0.1秒角（約500天文単位）の画像では、局所的な物質降着を表している画像（0.26秒角）で見られる広がった球状のガスが、複雑に入り組んだ状態でつながっている様子が分解して見えています。

このガスの降着流は、星が生み出されているまさに中心に向かっていて、観測された磁場はこの流れに沿っていることが分かりました。

このことは非常に重要な結果なんですねー
ガスの流れに沿って磁場があるということは、磁場の力がガスの流れを外圧や重力作用から守っているということになるからです。

つまり、ガスの降着流は磁場に支えられて安定していることを示していて、中心星に物質が供給される過程において磁場が重要な役割を果たしている可能性を示しています。

今回の研究結果が証明してくれたのは、他の望遠鏡では不可能なアルマ望遠鏡の優れた感度と解像度でした。
これにより分かってきたのが、星を形成する中心核への物質の流れ込みを安定化させるという、磁場の新たな役割だった訳です。


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