PRESS RELEASE（2023/02/15）

星のゆりかごを揺さぶる若い星からの産声を捉える〜⼀般的な星形成の形態である星団形成の理解を紐解く鍵に〜
ポイント①

密集して分布する原始星は⽐較的遠⽅にあるため、領域内を詳細に観測することが困難だった。

②

今回、若い星から噴き出す巨⼤分⼦流が同じ星団形成領域内の若い星周辺の⾼密度ガスと激しく衝突している様⼦を⾼解像度で捉えることに世界で初めて成功。

③

鮮明に観測されてこなかった星団形成の理解を紐解く重要な⼀歩に。

概要
⾚ちゃん星（原始星）は、宇宙空間のガスと塵が豊富にある領域である分⼦雲コアの中で⽣まれます。原始星の周りには分⼦ガスが噴き出している様⼦（分⼦流）が観測されます。この分⼦流は、原始星のサイズの 100万倍以上の⼤きさにも広がることがあり、原始星よりも観測しやすいために原始星誕⽣を捉える指標となります。また多くの原始星は、集団で⽣まれることが知られています。しかしこの原始星の集団（星団形成領域）は、太陽から⽐較的遠くに位置しているため、密集して分布する原始星を区別して調査する為には⾮常に⾼い視⼒の望遠鏡で観測する必要がありました。
本研究では、若い星から噴き出す巨⼤分⼦流が同じ星団形成領域内の若い星周辺の⾼密度ガスと激しく衝突している様⼦を捉えることに成功しました。衝突によって星団形成領域のガスや塵は激しく揺さぶられ、そこでの星の形成に影響を与えている可能性があります。
九州⼤学理学府博⼠課程 2 年の佐藤亜紗⼦⼤学院⽣、九州⼤学⼤学院理学研究院の町⽥正博准教授、国⽴天⽂台アルマプロジェクトの髙橋智⼦准教授、⽯井峻特任准教授らの研究グループは、アルマ望遠鏡を使って最も若い星団形成領域の⼀つである OMC-2 内の FIR 3 および FIR 4 領域を観測しました。この天体はオリオン座の⽅向にあり、地球から 1400 光年の位置にあります。同グループは、分⼦雲や分⼦雲コアを観測する塵、分⼦流を観測する⼀酸化炭素（CO）、ガス同⼠の激しい衝突を観測する⼀酸化ケイ素（SiO）の分布を調べました。先⾏研究よりも３倍⾼い視⼒の観測によって、２倍の数の分⼦流を発⾒し、複雑な星団形成環境の様⼦を捉えることに成功しました。さらに塵と CO と SiO の分布関係から若い星団形成領域 OMC-2 内で、FIR 3 領域中の原始星から噴き出た巨⼤分⼦流が若い星が密集する FIR 4 領域に激しく衝突していることを⽰す決定的な証拠を得ました（下図参照）。
今回の発⾒は、⼀般的な星形成過程であるにもかかわらず鮮明に観測されてこなかった星団形成の理解を紐解く重要な⼀歩と⾔えます。
本研究の成果は⽶国雑誌「Astrophysical Journal」に 2023 年２⽉ 15 ⽇に掲載されました。
アルマ望遠鏡観測から得られた OMC-2/ FIR 3 および FIR 4 領域の電波画像
⼀酸化炭素ガスに⾚⾊、⼀酸化ケイ素ガスに⻘⾊、塵からの放射にオレンジ⾊を割り当てた。画像上部に FIR 3 領域、下部に FIR4 領域がある。FIR 3 の原始星から噴き出した分⼦流（⾚⾊）が周辺の⾼密度物質（オレンジ⾊）と衝突している様⼦が分かる（⽩みを帯びた⾚⾊）。特に分⼦流の下流にある⾼密度ガスとの衝突で⼀酸化ケイ素ガス(⻘⾊)が鮮明に検出された。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), A. Sato et al. 2023

【研究の背景と経緯】
⾚ちゃん星（原始星）は、宇宙空間のガスと塵が豊富にある領域である分⼦雲コアの中で⽣まれます。
また原始星周囲からは、分⼦ガスが噴き出している様⼦（双極分⼦流）が観測されます。この双極分⼦流は原始星のサイズの 100 万倍以上の⼤きさにも広がることがあり、原始星よりも観測しやすいため、分⼦雲コア内での原始星の誕⽣を捉える⾮常に強⼒なツールとなります。また宇宙に存在するほとんどの星は孤⽴して⽣まれるのではなく複数の原始星として集団で誕⽣します。これを星団形成と⾔います。
星のゆりかごである星団形成領域での双極分⼦流の役割は、周辺の分⼦雲コアに衝突することで局所的に星の形成を誘発したり、逆に星のゆりかご内の環境をかき乱すことで、周辺の星の成⻑を邪魔したりするものである可能性がこれまでにも予測されていました。星団形成領域は原始星が誕⽣する⼀般的な環境であり重要な研究対象であるにもかかわらず、⽐較的遠⽅にあるため、領域内を詳細に観測することが困難でした。さらに、星団形成領域は複数の原始星や双極分⼦流が混在した複雑な構造を持っています。これらを⼗分に⾒分けられる鮮明な画像を得る為には⾼い空間分解能をもつ望遠鏡を⽤いることが必須となります。
【研究の内容と成果】
九州⼤学理学府博⼠課程 2 年の佐藤亜紗⼦⼤学院⽣と九州⼤学⼤学院理学研究院の町⽥正博准教授らの研究グループは、アルマ望遠鏡を使って最も若い星団形成領域のひとつである OMC-2 内の FIR 3 および FIR 4 領域を観測しました。この天体はオリオン座の⽅向にあり、太陽系から最も近い巨⼤分⼦雲であるオリオン A 分⼦雲（地球からの距離 1400 光年）の中にあります。研究チームは、この星団形成領域をカバーするような広視野観測を⾏い、塵、⼀酸化炭素（CO）、⼀酸化ケイ素（SiO）の 3 つの物質の分布を調べました。塵は、星を育むゆりかごである分⼦雲コアの基本構成物質の⼀つです。⼀酸化炭素は、双極分⼦流や分⼦雲コアの主な構成要素である⽔素分⼦ガスに次いで多く存在します。強い電波を出すため、星が成⻑する様⼦を観測的に捉えるために重要な分⼦の⼀つです。⼀酸化ケイ素は激しい衝突現象がある時に観測されます。分⼦雲を構成する塵の表⾯に付着しているケイ素(Si)が分⼦流と周辺物質の激しい衝突などの場⾯で宇宙空間に叩き出され、宇宙空間に浮遊する酸素(O)と結びつくことで、⼀酸化ケイ素ガス(SiO)からの放射が観測されるようになります。今回の⾼感度観測により、FIR 3 および FIR 4 領域でこれまでに報告されていた 2 倍の数の双極分⼦流、つまり原始星が形成されている直接的な証拠を⾒つけることができました。その結果、複雑な星団形成環境の様⼦を鮮明に描き出すことが出来ました。
今回の⼀番の成果は、星のゆりかごである若い星団形成領域 OMC-2 内で、FIR 3 領域中の原始星から噴き出た巨⼤双極分⼦流が複数の若い星が密集している FIR 4 領域に激しく衝突していることを⽰す決定的な証拠を捉えたことです。この巨⼤双極分⼦流が FIR 4 領域と激しく衝突することで、その境界⾯で発⽣したと考えられる、SiO ガスの観測に成功しました。図の左上から進んできた巨⼤双極分⼦流が FIR 4領域にある原始星の材料となる⾼密度ガスや塵と 2 箇所で衝突した様⼦を、U 字状の衝突⾯としてはっきりと捉えることに成功しました（図: FIR 4 領域で⻘⽩く光っている構造）。このように⾮常に若い星団で形成された原始星の双極分⼦流が星団形成領域内の他のメンバーに衝突している証拠をはっきりと撮像したのは、本研究が初めてです。また、巨⼤双極分⼦流が FIR 4 に向かって進む途中、フィラメント状に広がる分⼦雲（図：分⼦流の左側と密着する塵の分布、オレンジ⾊で表現されている⼟⼿のような構造）とも激しく衝突し、分⼦流内のガスが激しく圧縮されている様⼦が分かります（図：分⼦流の端で⽩みを帯びた⾚⾊で表されている場所）。双極分⼦流と激しく衝突したことで分⼦雲内の塵が加熱されている証拠も捉えました。さらにこの圧縮された分⼦雲内で星のゆりかご（分⼦雲コア）の起源となりうる分裂⽚が多数発⾒されました。

【今後の展開】
本研究では、星団形成領域内での巨⼤双極分⼦流と若い星たちの衝突をきっかけとして星団内の星形成が誘発されたのか、あるいは衝突前に星が誕⽣していたのかについては明確に区別できませんでした。しかし今回の結果から、双極分⼦流が衝突した星団形成領域内のガスや塵を揺さぶり、星が⽣まれる環境がかき乱されている可能性が⽰されました。今後、アルマ望遠鏡を⽤いたさらなる観測によって、双極分⼦流によって圧縮されたガスの運動を調べ、星団形成領域内への物質の流⼊、もしくは分⼦雲コアの破壊を捉えることができれば、FIR 4 がどのような進化をたどり最終的にどれくらい重たい星を形成するのかを予測することができます。今回の観測では、これまでに理論研究で予測されていた分⼦流が星団形成領域内の星形成に与える影響を直接捉えることに成功しました。本研究のさらなる発展は、⼀般的な星形成の形態である星団形成の理解を紐解く鍵となるでしょう。
【謝辞】
本研究は JSPS 科研費 （JP17H06360、 JP17K05387、 JP17KK0096、 JP21H00046、 JP21K03617:
MNM、 20K04034: SI）、NAOJ ALMA Scientific Research Grant (2022-22B)、CONACyT-280775 andUNAM-PAPIIT IN110618 grants 、 the European Unionʼs Horizon 2020 research and innovation
program (Grant Agreement No. 851435) の助成を受けたものです。
【論⽂情報】
掲載誌：The Astrophysical Journal
タイトル：ALMA Fragmented Source Catalogue in Orion (FraSCO)I. Outflow interaction within an
embedded cluster in OMC-2/FIR3, FIR4, and FIR5
著者名：Asako Sato, Satoko Takahashi, Shun Ishii, Paul T.P. Ho, Masahiro N. Machida, John Carpenter,
Luis A. Zapata, Paula Stella Teixeira, Sumeyye SuriD O I ：10.48550/arXiv.2211.12140【お問合せ先】＜研究に関すること＞
九州⼤学⼤学院理学研究院 准教授 町⽥ 正博（マチダ マサヒロ）
T E L：092-802-4198 FA X：092-802-4198
Mail：machida.masahiro.018@m.kyushu-u.ac.jp＜報道に関すること＞
九州⼤学 広報室
T E L：092-802-2130 FA X：092-802-2139
Mail：koho@jimu.kyushu-u.ac.jp＜アルマ望遠鏡に関すること＞
国⽴天⽂台 アルマプロジェクト広報担当
TEL: 0422-34-3630
Mail: alma-info@nao.ac.jp