原始星 HOPS 358 の回転するアウトフローを駆動する磁気流体力学的ディスク風の直接的証拠

誕生直後の星が角運動量を放出する仕組み

星が誕生するとき、それはガスと塵の渦巻く雲の内部で形成されます。降り積もる物質は回転しながら落ち込みますが、その回転が全部残ってしまうと、成長する星や周囲の円盤は非常に速く回転してしまい、惑星はまとまって形成できなくなります。天文学者は長く、磁場に導かれた目に見えない風がこの余剰の回転を運び去るのを助けていると考えてきました。本研究は、HOPS 358 と呼ばれる非常に若い星を高解像度の電波画像で観測し、将来惑星が形成される領域でまさにそのような風が働いていることを詳細に示しています。

側面から見た若い星

HOPS 358 はオリオンB分子雲にあり、約400光年離れた場所にあります。これは星形成の最も初期の段階の一つであるクラス0に位置しています。厚いガスと塵の包み込みを受けていますが、その円盤はほぼ縁側から見たようにほぼ端から見える向きになっています。この幾何学的配置は幸運で、円盤面に沿った運動と横切る運動を分離して観測することを可能にします。アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）を用いて、研究チームは密な円盤とそこから押し出されるガスの両方を追う複数の分子からの微弱な電波信号をマップしました。これらのデータは、物質がどれだけ速く動くかだけでなく、どの方向に回転しているかも明らかにします。

回転を保つ層状の風

ALMA のマップは、HOPS 358 から流れ出すガスが単純な噴出ジェットのようにまっすぐ外側へ流れているわけではないことを示しています。むしろ、それは円盤自体と同じ向きの回転を共有する入れ子状の殻のようなアウトフローの集合を形成しています。ホルムアルデヒド（H2CO）、メタノール（CH3OH）、一酸化硫黄（SO）の三つの分子が、この構造の異なる部分を照らします。SO は中心軸に近く、CH3OH は中間の距離に、H2CO はさらに外側に広がり、幅広い円盤半径から立ち上がる層状の風を描き出します。アウトフローが円盤の回転方向を保持し、円盤軸にきわめて整列していることから、これは狭い中心ジェットによって単に押しのけられたガスではなく、円盤から直接打ち上げられる風であるという予測に合致します。

風の隠れた力を読み解く

これらの画像を物理的な洞察に変えるために、研究者たちは風の中で速度と位置がどのように変化するかを詳しく解析しました。単純な幾何学モデルでデータをフィッティングすることにより、円盤上方の異なる高さでのアウトフローの回転速度、外向きの膨張、および軸方向の運動を測定しました。これらの値から、風の単位質量あたりの角運動量（各ガス塊がどれだけの回転を運んでいるか）を算出し、磁気駆動ディスク風の数値モデルの予測と比較しました。重要な量である「磁気レバーアーム」は風が角運動量をどれだけ効率的に取り去るかを示します。HOPS 358 ではこのレバーアームは約2.3となり、磁気駆動風に期待される閾値を十分に上回り、主に星の光による加熱で駆動される風に典型的な値より高くなっています。

風が始まる場所と運び去るもの

同じ解析から、異なる風層が円盤のどの位置で始まっているかも明らかになりました。調べた分子について、打ち上げ点は恒星からの地球–太陽距離の約10倍から18倍の間にあり、巨大惑星や多くの小さな世界が形成されると期待される領域のちょうど内部に相当します。三つのトレーサーは異なる打ち上げ半径と高さを占めており、真に入れ子状の風構造を裏付けます。このパターンは化学的性質でも説明できます：ある分子は遠方で氷に付着した粒子を穏やかな衝撃で剥ぎ取りやすく、別の分子は内側での強い衝撃や紫外線を好みます。チームはまた、風が取り去る質量率と恒星への現在の降着率を比較して推定しました。アウトフローは現在の恒星への降着率より数倍高い速度で物質を運び去っており、恒星の成長速度や円盤の進化を調節するのに十分な効果があります。

惑星系形成にとっての重要性

この研究は、磁場に導かれたディスク風が既に最も若い既知の原始星の一つで働いており、それが惑星形成領域の内部に起源を持つという直接的かつ定量的な証拠を提示します。円盤の広い領域から角運動量を剥ぎ取ることで、これらの風はガスが内側へらせん状に落ち込むのを可能にしつつ、円盤中面を比較的穏やかに保ちます—これは塵粒子が互いに付着してやがて惑星を形成することを促す条件です。また、高温の内側領域近くで形成された結晶質粒子のような固体粒子を、より冷たい彗星形成領域へ運ぶ可能性もあります。要するに、この研究は磁気風が後から来る掃除的な作用ではなく、初期段階から中心的な役割を果たし、恒星の成長や惑星系の構成要素の分布を形成していることを示しています。

引用: Kim, CH., Lee, JE., Johnstone, D. et al. Direct evidence for magnetohydrodynamic disk winds driving rotating outflows in protostar HOPS 358. Nat Commun 17, 2957 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71142-3

キーワード: 原始星 ディスク風, 恒星・惑星形成, 宇宙の磁場, ALMA 観測, 回転するアウトフロー