惑星形成現場の磁場観測に成功

アルマ望遠鏡を用いて、惑星を作る材料となる塵（ちり）の粒子が起こす偏光を観測した結果、原始惑星系円盤の磁場構造を描き出すことに初めて成功しました。さらに、磁場の方向を詳細に調べることで円盤の3次元の磁場構造を予測する手法を提案し、実際に磁場の構造や強度を見積もることにも成功しました。本研究は惑星形成に対する磁場の役割を解明するために大きく貢献するものです。

地球のような惑星は、原始星を取り巻く原始惑星系円盤の中で、塵や星間ガスが集まって形成されると考えられています。しかし、惑星形成の環境や円盤内の物理的条件については、まだ多くの謎が残されています。その中でも磁場は、円盤の中での乱流や物質の動きを決定する重要な要素とされていますが、磁場を観測するのは非常に困難でした。

アルマ望遠鏡は、天体から届く電波の強度に加え、電波の振動方向の偏り（偏光）を観測することができます。国立天文台の研究者を中心とする研究チームは、若い星「HD 142527」を取り巻く原始惑星系円盤をいくつもの波長で観測し、その偏光データを調べました。その結果、円盤の片側では、全ての観測波長で同じ偏光パターンを示すことを発見しました。この特徴的な偏光パターンは、磁場によって生み出されていると示唆されます。

研究チームは、磁場をさらに詳細に調べた結果、円盤の回転方向に沿って磁場の方向が少し変動していることも発見しました。この変動が磁場の3次元構造が原因であると想定し解析することで、回転方向に加えて、鉛直方向および中心星の方向の磁場の強さを推定することに成功しました。さらに、このような3次元構造や流れの乱れによって、この円盤では強い乱流場が作られている可能性も明らかになりました。

原始惑星系円盤で、磁場の詳細な構造が分かったのは今回が初めてです。特に、回転方向以外で磁場がこれほど強いことは理論的に予想されておらず、今後のさらなる研究が必要となります。 本研究を主導した国立天文台の大橋聡史（おおはし さとし）特任助教は、「強い乱流状態では、塵が互いに高速で衝突することで破壊され、惑星が形成されない可能性があります。今回は中心星から比較的遠くの磁場を観測できましたが、地球のように中心星の近くを回る惑星が形成される場所での磁場を調べることが、今後重要となります。磁場が惑星形成にどのような影響を及ぼすのか、今後の研究を導く重要な観測成果となります」と述べています。