恒星形成に関する長年の疑問に新たな証拠
太陽のような恒星の約半数は単独ではない。多くは連星、あるいはさらに複雑な多重星系に存在しており、太陽系の孤立した中心星は、一般に想像されるほど典型的ではない。天文学の長年の疑問の一つは、こうした近接した恒星の相棒がそもそもどのように形成されるのかという点だ。提供された原文によれば、新しいプレプリントは、支配的なメカニズムは円盤断片化かもしれないと主張している。
原文によると、イリノイ大学の大学院生Ryan Sponzilli氏が率いたこの研究は、51個の幼い連星系を調べ、乱流断片化の後に内向き移動が起こるという競合モデルよりも、この説明を強く支持する証拠を見いだした。もしこの結論が成り立つなら、恒星とその伴星が星形成領域からどのように生まれるのかという、この分野の重要な論争の一つがより明確になるだろう。
対立する二つの形成シナリオ
二つの理論は、順序も予想される幾何学的配置も異なる。円盤断片化のシナリオでは、新生星の周囲にある単一の大質量なガスと塵の円盤が不安定になって崩れ、やがて近くの別の恒星へとまとまっていく。両方の星は同じ回転構造から生まれるため、自転軸は揃うはずだ。
対照的な見方は、より早い段階で、しかもより混沌とした形で始まる。乱流断片化の後に内向き移動が起こる場合、雲の中の乱流によって大きく離れた二つの塊ができ、それぞれが恒星を形成する。その後、重力相互作用によって恒星同士が時間をかけて内側へ引き寄せられ、最終的に近接連星となる。別々で無秩序な条件で形成されるため、自転軸や公転面の向きが一貫して揃うはずはない。
この予測される整列の違いによって、天文学者はモデルを検証できる。若い連星が整然とした向きを示す傾向があれば、円盤断片化の支持が強まる。軸がランダムに見えるなら、乱流シナリオのほうがもっともらしくなる。
研究チームはどう検証したのか
非常に若い恒星の自転を直接測るのは、まだガスと塵に包まれているため難しい。そこで研究者たちは代理指標として、恒星の極から吹き出すガスの流れを用いた。提供された原文によると、チームはアタカマ大型ミリ波干渉計のデータを利用し、これらのアウトフローに含まれる一酸化炭素を追跡した。
これらのジェットは、系の角運動量を示す実用的な代替指標になる。連星の2つの星からのアウトフローが平行に噴き出し、共有された自転と整合する向きであれば、そのペアは同じ回転する円盤から形成されたことを示唆する。ジェットの向きが食い違っていれば、その系は別々で乱れた起源の産物に近い。
報告された結果は明らかに前者の説明に傾いている。研究者たちは51個の連星ペアの中で42本のアウトフローを検出し、それらは38個の系にまたがっていた。統計シミュレーションの後、原文では、データは円盤断片化を強く支持したという。
なぜそれが重要なのか
この問題は、狭い技術論争ではない。連星系がどのように形成されるかは、円盤の進化、角運動量の輸送、その後に惑星が生まれる環境など、恒星形成をより広い意味でどう捉えるかに影響する。近接連星がしばしば円盤断片化から生まれるなら、大質量の周星円盤は一つの中心星に供給するだけではない。適切な条件下では、恒星の伴星を直接作り出す可能性がある。
それは、特定の構造がどの程度一般的であるべきか、また、どのような円盤が惑星形成に十分な時間だけ生き残れるかに関わる。近い伴星は周囲の物質を大きく変形させ、惑星が形成されうる場所や、安定した惑星系が維持できるかどうかに影響する。その意味で、連星形成を理解することは、自分たちの太陽系の歴史がどれほど普通なのか、それとも例外的なのかを理解することの一部でもある。
この結果は、現代天文学におけるより広いテーマも強調する。幾何学は重要だ。かつては抽象的に見えた多くの天体物理学上の議論が、今では向き、運動、構造の精密な測定によって検証されている。ここでの整列は単なる記述的特徴ではない。対立する物理史を見分ける証拠なのだ。
慎重さと意義
新しい天文学の成果にはありがちなことだが、慎重さは必要だ。この論文はプレプリントとして公開されており、まだ査読を終えていない。原文はこの問題が完全に解決したとは主張しておらず、このサンプルからの証拠が一方の理論を他方より強く支持していると言うにとどまる。
それでも、この研究が目立つのは、長年の議論を、非常に若い系の有意義なサンプルから得られる観測可能な結果に結びつけたからだ。初期の歴史を再構成しにくい成熟した連星だけから形成経路を推測するのではなく、研究チームはその過程そのものに近い幼い系を観察した。これが、この結果が説得力を持つ理由の一つだ。
太陽について何を示すか
この研究は、太陽系の歴史をより鮮明に映し出す。太陽のような恒星の半数が伴星を持ち、円盤断片化が近接連星への一般的な経路であるなら、太陽が単独であることは、むしろ興味深い。孤立した恒星には独自の説明、少なくとも異なる初期条件が必要なのかもしれない。恒星の誕生にはしばしば相手が組み込まれている宇宙においてはなおさらだ。
それは太陽を壮大な哲学的意味で特別にするわけではないが、恒星を単独の存在として捉える基本像が不完全であることを思い出させる。多くの場合、恒星は関係の中で生まれるようだ。このプレプリントは、その関係が後から遠く離れた断片が集まって始まるのではなく、ひとつの不安定な円盤が未来を二つに分けるところから始まることが多い、という主張を強めている。
今後の研究がこの発見を確認すれば、円盤断片化は、天文学者が近接連星の形成を説明する中心に近づくだろう。恒星の最初の瞬間は、いまだに再構成が最も難しい一方で、その後のすべてに最も重要な部分の一つであり、その分野における大きな転換になる。
この記事はUniverse Todayの報道に基づいています。元記事を読む。
Originally published on universetoday.com