磁場で超高速回転する原始星ジェット

【2021年7月29日 九州大学】

宇宙空間のガスが集まって恒星が誕生するとき、ガスは回転しながら収縮していく。その中心で原始星（赤ちゃん星）が生まれると同時に、ガスの一部は両極方向に噴出するジェットとなる。ジェットは成長を続ける原始星から材料を奪うなど、原始星が一人前の恒星になる過程で様々な役割を果たしていると考えられるが、そのメカニズムについては明確にはわかっていなかった。

アルマ望遠鏡で原始星ジェットの観測を続けてきた国立天文台／九州大学の松下祐子さんたちの研究グループは、原始星とジェットの回転に焦点を当てる成果を発表した。

松下さんたちはオリオン座の星形成領域にある原始星FIR 6Bとそこから噴出するジェットをALMA望遠鏡で撮影した。ジェットの電波は軸の両側で波長が異なっている。これはジェットが高速で回転しているために、私たちの方向へ運動するガスと奥へ運動するガスにそれぞれドップラー効果が働くことによるものだ。回転速度は最低でも秒速20kmと見積もられた。この速度や、回転軸からの距離などを考慮した角運動量は、これまでに回転が検出されたジェットの中で最も大きなものだった。

FIR 6B（右下）から噴出する高速ジェットを構成するガスの運動を示したグラフと、（左下）高速ジェット（グラフの左上から右下に分布する構造）の模式図。ジェットの色は視線方向の速度を示し、ほぼ回転速度に対応する。左上方向に伝搬するジェットの速度は秒速400km（＝時速144万km）（提供：九州大学リリース、以下同）

この回転速度と角運動量は従来の理論では説明できないため、松下さんたちは磁気駆動モデルを当てはめることを提唱した。原始星の周りでは回転するガスが円盤を形成しているが、この回転の力が磁場によって遠く離れたジェットの物質に伝わり強制的に回転させているというのがこのモデルの考え方だ。分析によれば、原始星から半径3天文単位（約4.5億km）にある円盤の回転が100天文単位（150億km）離れたところへ伝わっているという。

FIR 6Bの高速ジェットの想像図。右下の円盤の中心に存在する明るい点が原始星。円盤の左上と右下から超高速回転するジェットが吹き出している。ジェットの中のオレンジ色の線は磁力線を示す。磁場と回転の力によって原始星近傍の円盤からジェットが駆動されている

今回の研究により、ジェットが磁場の効果によって出現することも明確になった。また、通常の恒星が持つ角運動量は、元となる星間物質が持つ角運動量に比べて小さいことがわかっているが、FIR 6Bの観測結果はジェットがこの角運動量を持ち去る役割を果たしていることを示している。

「ジェットの回転を検出することは難しく、ダメ元で結果を出してみたところ、綺麗な回転が見えたので、とても感動しました。また、回転速度や角運動量が他の星からのジェットや理論予測よりも大きいことにも驚きました」（松下さん）。

中心の明るい部分が原始星。その周囲が回転する円盤。円盤の回転が磁場の力によって上空のガスに回転（角運動量）を与えることによってジェットが高速回転する。他方、円盤のガスは回転（角運動量）を失って原始星に落下し、原始星を成長させて太陽のような大人の星へと成長していく