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ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の最新画像に映し出された、星形成の初期段階にある星

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、近赤外線カメラ (NIRCam) を用いて、暗い雲 L1527 の中にあるかつて隠された原始星の特徴を明らかにし、新しい星の形成について洞察をもたらした。おうし座星形成領域内のこのような燃え盛る雲は、赤外線でしか見えないため、ウェッブにとって理想的なターゲットとなる。(Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI, J. DePasquale (STScI), CC BY-SA 3.0 IGO)

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)で最もエキサイティングなことは何だろうか。素晴らしい画像?構想から打ち上げまでの苦難の道のりの末に完成したこと?

それとも、長い間理論化されていたものの、観測が困難だった天体やプロセスを、説得力のある視覚的な証拠で示すからだろうか?

星は瞬時に生まれるものではない。星が核融合を始める素晴らしい瞬間に到達するまでには、長い時間がかかるのだ。最初はガスの塊に過ぎず、天文学者はこれを原始星と呼んでいる。

JWSTの最新画像は、おうし座分子雲(TMC)にある約10万年前の原始星L1527だ。TMCは約430光年の距離にあり、地球から最も近い大型星形成領域となる。L1527は、原始星の第一段階である0級原始星だ。この段階では、L1527の質量は太陽の20%から40%にすぎない。その質量は重力によって球状に保持されているが、その形状は不安定である。

主系列星になるまでの道のりは長く、周囲の分子雲からさらにガスを集めている。原始星は光を放つが、それは核融合によるものではない。原始星は光を発するが、それは核融合によるものではなく、原始星の表面や周囲の円盤状の物質が質量を増していく過程で生じる衝撃波によるものだ。

星は見えないが、円盤は見える。周囲のガスは砂時計のような形をしており、円盤は2つのローブの間の一番細い首の部分にある。首の一番細い部分の暗線に、L1527からの光が砂時計の上下に入り込み、ガスの細部を照らし出しているのだ。

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原始星L1527は、砂時計の2つのローブの間に位置する。原始星L1527は、砂時計の2つの葉の間に位置し、光を発しないため見ることができない。しかし、真ん中の暗い横線は円盤で、原始星はその中に入っている。(Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI, J. DePasquale (STScI), CC BY-SA 3.0 IGO)

原始星は物質を降着しているが、降着は厄介なプロセスであり、一部の物質は原始星から速度を上げて離れていく。青やオレンジの印象的な雲は、高速で移動する物質によって周囲のガスに刻まれた空洞の輪郭である。L1527 とJWSTの間に介在するダストが色を作り出す。青は薄いダストで、オレンジは厚いダストだ。

画像に写っているうっすらとしたフィラメントが、印象的な効果を与えている。これは水素分子でできており、衝撃波や乱気流によってこのような形になっているのだ。この領域では、乱流によって他の星の形成が阻害されている。そのため、原始星が空間を支配し、近くの物質の大部分を自分たちのものにすることができるのだ。

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原始星L1527が照らし出す水素分子のうねうねとしたフィラメント。(Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI, J. DePasquale (STScI), CC BY-SA 3.0 IGO)

L1527は主系列星になる途中の星だ。降着円盤と呼ばれる円盤が回転しながら星に接近し、物質を圧縮する。降着円盤は回転しながら物質を圧縮し、加熱して光(この場合は赤外線)を放出させる。原始星は、この降着円盤からさらに物質を取り込みながら、どんどん質量が大きくなっていく。やがて、円盤の内側にかかる重力によって、ガスの温度は極端に上昇する。そして、この高圧・高温によって、水素原子は互いに引き合わされる。その瞬間、L1527は核融合が起こる真の星となる。

原始星、核融合、円盤、惑星形成など、天文学者はまだ知らないことがたくさんある。JWSTは、そのような過程の幕引きをするのだ。ガスでできたカーテンは、文字通り光を通さない。そのため、このカーテンの向こうにある原始星はまだ見えないが、JWSTによって原始星のすぐ外側の環境がより詳しくわかるようになり、理解への道が開かれるのだ。

L1527を取り巻く暗い円盤は太陽系とほぼ同じ大きさで、その中に塵やガスの塊があり、塊から球状の惑星になる途中の惑星候補生がいる可能性がある。その意味で、この画像は、太陽がまだ原始星で、惑星が形成されつつある時代にタイムスリップしたようなものだ。

JWSTが構想された当時を振り返ってみると、とても興味深いことが分かる。宇宙物理学者は、星形成に関する多くの未解決の問題を解決したいと考えていた。JWSTが次世代宇宙望遠鏡(NGST)と呼ばれていた頃の設計ミッション参考案を見ると、天体物理学のコミュニティがいかに強力な赤外線宇宙望遠鏡に飢えていたかがわかる。ハッブル望遠鏡が驚異的な成果を上げていた中でさえ、次の宇宙望遠鏡を待ち望んでいたのだ。

この論文では、「星形成における最も重要な問題の一つである、親分子コアからの原始星形成と、その後の若い星への進化を理解するために、NGSTの能力を活用することを提案します。私たちは、NGST を用いて原始星天体の中赤外画像と分光観測を行い、これらの疑問に答えることを提案します。私たちは、まだ質量の大部分を蓄えている原始星から、降着円盤や降着動力ジェットを探るつもりです。」と述べられている。

多くのハードワークと政治的論争の後、我々はここにいる。

この記事は、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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