複数の惑星が作った? - すばる望遠鏡、原始惑星系円盤に大きなすき間を発見

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国立天文台、プリンストン大学、神奈川大学、ミシガン大学、工学院大学、オクラホマ大学などの研究者を中心とする国際研究チームは11月8日、すばる望遠鏡の観測装置で、世界最高の性能を有するとされる惑星・円盤探査カメラ「HiCIAO(High Contrast Instrument for the Subaru next generation Adaptive Optics:高コントラスト新コロナグラフ)」を用いて、太陽程度の質量を持つ若い恒星「PDS70」の近赤外線観測(波長1.6μm)を実施し、PDS70を取り囲む原始惑星系円盤に、生まれたばかりの惑星、しかも複数の惑星の重力の影響で作られたと考えられる、太陽クラスの軽い質量の恒星としては過去最大級となるすき間が存在していることを突き止めたと発表した。

成果は、国立天文台の橋本淳氏、すばる望遠鏡の工藤智幸氏、神奈川大の本田充彦助教、工学院大学の武藤恭之助教らの国際研究グループによるもの。

研究の詳細な内容は、観測的研究成果に関しては、10月10日発行の天文学術誌「THE ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS」に掲載済みで、理論的研究成果に関してはプリンストン大学ロビン・ドン氏らの共著で2012年中に同誌に掲載される予定だ。

太陽のような恒星は、生まれたばかりの頃はガスと塵でできた原始惑星系円盤と呼ばれる円盤に取り囲まれていて、地球や木星のような惑星は、その中で生まれると考えられている。

そのため、円盤が進化してどのような惑星系が誕生するかを調べるために、これまでにも多数の円盤の観測が行われてきた。

一般に、質量が重い星ほど円盤が大きく広がっているため観測しやすく、太陽よりも重い星の周りの円盤の詳しい観測がすばる望遠鏡でも行われてきた(「ぎょしゃ座AB」や「HD169142」)。

しかし、2009年からスタートした太陽系外惑星と原始惑星系円盤の大規模探査プロジェクト「SEEDS(Strategic Exploration of Exoplanets and Disks with Subaru)」のおかげで、太陽クラスの軽い質量の星であっても、その周りを取り巻く円盤の鮮明で詳しい観測が可能となったのである。

SEEDSは、国立天文台の田村元秀准教授(太陽系外惑星探査プロジェクト室長)が中心となり、2009年から約5年間にわたって、すばる望遠鏡で120夜の観測を投入する戦略的国際共同プロジェクトだ。

現在までに、前述のぎょしゃ座AB、HD169142のほか、「リックカルシウム15」、「HR4796A」、「SAO206462」などの星の周囲にある円盤の詳しい構造を明らかにしている。

今回、SEEDSプロジェクトの一環として、すばる望遠鏡のHiCIAOを使用して観測されたのが、ケンタウルス座にある太陽に似た星、PDS70(距離はおよそ460光年、質量は太陽の約0.9倍、年齢は約1000万年の若くて軽い星)だ。

PDSとは、1990年代初頭に、ブラジルにあるPico dos Dias観測所において、若い星を探す比較的大きな規模の探査「Pico dos Dias Survey」から取られている。

この探査で約100天体が観測され、PDSカタログとして登録されている。

PDS70は、そのカタログの70番目にある星という意味だ。

PDS70には、星の光のスペクトル分布を詳しく調べた間接的な観測や、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡VLTの直接観測により、円盤があることはわかっていたが、どのような構造をしているのかまではわかっていなかった。

すばる望遠鏡による観測の結果、PDS70を取り囲む円盤には半径70天文単位にまで広がった巨大なすき間が存在していることが今回初めて明らかになった(画像1)。

太陽クラスの軽い質量の星が持つ円盤のすき間としては過去最大級の大きさだ。

ほかの8m級の望遠鏡では見つけることができなかったすき間だが、超高画質の画像を撮ることができるすばる望遠鏡/HiCIAOだからこそできた発見だという。