これらのディスクのギャップは惑星が原因ですか？

Send

天文学者は、遠くにある若い星が形成されるのを観察することを好みます。星は分子雲から生まれ、その雲の中の物質が十分に集まると、核融合が点火し、星がその生命を開始します。星の形成から残った物質は、星間円盤と呼ばれます。

回転している星の周りを星の円盤の中にある物質が渦巻くと、個々の惑星に集まります。惑星が形成されると、それらはその円盤にギャップを残します。またはそう考えます。

最も観測された若い星の1つはHLタウリと呼ばれます。おうし座にあり、約450光年離れています。 Atacama Large Millimeter Array（ALMA）は、2014年にHLタウリの有名な画像を撮影しました。その画像は、ALMAがこれまでに撮影した中で最も鮮明な画像です。

それ以来、天文学者たちは他の若い星を観察し、また彼らの円盤にギャップを発見しました。 ALMAは、その名前が示すように、可視光望遠鏡ではないことに注意してください。星や星の円盤には大量のガスやほこりがあり、可視光はそれらを研究するのに役に立ちません。アルマ望遠鏡は赤外線と電波の間の波長の光を観測するので、ガスや塵の渦巻く円盤を見ることができます。

新しい研究では、18の若い星とその円盤を調べ、そのうちの8つの星が「速度のキンク」と呼ばれるものを持っている証拠が見つかりました。この研究のタイトルは、「DSHARP円盤円盤におけるケプラー回転からの局所的な9つの逸脱：ギャップを刻む原始惑星の運動学的証拠」です。この研究の筆頭著者は、オーストラリアのモナッシュ大学のクリストフ・ピントとフランスのグルノーブル・アルプ大学です。この論文はThe Astrophysical Journal Lettersに掲載されています。

天文学者は星間円盤のギャップを見ることができますが、惑星を見ることができません。何年にもわたって世界最高の望遠鏡を試してみた後、天文学者は1つの星の周りの隙間にある単一の太陽系外惑星を直接画像化しただけです。したがって、赤ん坊の惑星が原因であることが明らかであり、それらが形成する方法が他にないことは明らかであるとしても、それはまだ証明されていない理論です。この新しい研究は、星間円盤で観測されたギャップの少なくとも一部が惑星によって引き起こされているという事例を作るのに役立ちます。

この研究では、高角度分解能でのディスク下部構造（DSHARP）プロジェクトのデータを使用しました。 DSHARPは、ALMAを使用して、近くにある明るい星間円盤（原始惑星系円盤とも呼ばれます）を研究します。ウェブサイトによると、DSHARPは「ディスク素材の分布における小規模な下部構造の有病率、形態、場所、サイズ、および振幅と、それらが惑星形成プロセスにどのように関連するかを評価するように設計されています。」

ディスクのギャップに関する他の候補の説明があります。 1つは雪のライン、または霜のラインです。星の周りの破片円盤では、霜線は、揮発性物質が凍結するのに十分に冷たい星からの距離です。これには水氷だけでなく、アンモニア、メタン、二酸化炭素なども含まれます。霜線を超えて、これらの物質は凍って固体の氷粒になります。

これらのギャップのもう1つの考えられる説明は、ダストグレインの焼結です。それは、熱と圧力によってダストが固まって固体構造になるときですが、溶けることはありません。この論文では、科学者のチームがそのアイデアを探求しました。

他の候補には、電磁流体力学効果、帯状流、および自己誘導ダストトラップが含まれます。 HLタウリとその指輪の2014年のALMA画像の後、研究者たちはこれらの考えられるすべての説明に賛成する証拠を提示する多くの論文を発表しました。

しかし、それらのどれも赤ちゃんの惑星の説明ほど魅力的ではありません。そして、すべてではないにしても、ほとんどの星が太陽系外惑星をホストしていることがわかったので、それは理にかなっています。

アルマ望遠鏡は、これらの若い星とその残骸の円盤の写真を撮るだけではありません。それはディスク内のガス分布を研究するためにその力を使用します。以下の画像は、新しい研究からのものです。 5つのディスク内のガス分布を、同じディスクの速度測定値と比較します。

この新しい研究の中心には、「速度のよじれ」と呼ばれるものがあります。

HLタウリと他の若い星の周りの星の周りの破片円盤は、主にガスでできていて、回転しています。回転すると、その動きはケプラー速度によって支配されます。ケプラー速度は、中心にある巨大な物体に支配されている場合に、材料の円盤がどのように動くかを表します。しかし、上の画像が示すように、ガスにはねじれがあります。新しい論文の著者によると、これらのねじれは若い惑星の証拠です。

紙から：「埋め込まれた惑星は、それらの近くのケプラーガス流を混乱させ、それらの軌道の内側と外側の両方でリンドブラッド共鳴でらせん波を発射します。」

20の若い星の少なくとも1つで、流れの乱れは大きなガスの巨人の証拠です。 -HD 163296のディスクにある質量惑星。」

この研究は、原始惑星を支持する多くの強力な証拠を提示しています。しかし、著者は他の原因があり得ることを認めています。それらの1つはデータ自体にあります。

「いくつかの観測効果と物理的メカニズムにより、速度のよじれのように見えるチャネルマップの特徴が生成される場合があります」と著者らは述べています。「最も明白なものは、信号対雑音比が低い状態での再構築プロセスであり、しばしばキンクと間違われる可能性のあるパッチ状の放出をもたらします。そのようなアーティファクトがDSHARPデータに存在することを除外することはできません…」

しかし、彼らはそれらのエラーを排除するための措置を講じており、彼らの論文の最後に要約していくつかの声明を発表しています。

「私たちは、18の選択されたソースのうち、8つの原始惑星系円盤のDSHARP観測で、非ケプラー運動を示す9つの局所的な（チャネル固有の）速度摂動を発見しました。」
「埋め込まれた惑星の存在は、連続体リングとケプラー回転からのガス速度偏差の両方を自然に説明します。」
「もし惑星がこれらの仮の速度のよじれに本当に責任があるなら、それらは木星の質量のオーダーの質量を持つべきです。」
いくつかのケースでは、著者は明確な結論に達することができませんでした。「…キンクが検出された他のディスクまたはディスクの他のギャップでの非検出は、必ずしも木星質量惑星の不在を意味するわけではありません。」

だから我々はそれを持っています。この徹底的で興味深い論文は、星周囲の破片円盤のギャップが実際に赤ちゃんの惑星によって引き起こされているという考えを前進させます。

私たちの観測力が高まるにつれ、ジェームズウェッブなどの望遠鏡が動作するようになると、証拠はさらに確実なものになるでしょう。

しかし、科学では、知るまで知りません。