星形成ゼミ (2023/02/10) / 平野 信吾 (東大)SFN358 #43–56#48 Time-variable Jet Ejections from RW Aur A, RY Tau, and DG Tau#52 The interplay between forming planets and photo-evaporating discs I: Forbidden line
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SFN358 #48⚫ 質量降着や星間磁場の活動に関連していると考えられている、YSOジェットの長期変動を調べる⚫ 2012年から2021年にかけて行われた3つのT Tauri星 (RW Aur A、RY Tau、DG Tau) からのジェットの近赤外線[Fe II]輝線観測 (Gemini-NIFS・SINFONI・Keck-OSIRIS)SFN358 #48

観測⚫ ターゲット⚫ RW Aur A … 双極ジェットのうち明るい赤方偏移ジェット⚫ RY TauとDG Tau … 観測可能な青方偏移ジェット⚫ 近赤外線[Fe II]放射の分光観測（R = 3000-5500, Δv = 55-100 km/s）

SFN358 #48

結果⚫ ジェットノットの識別のため、観測エポックに応じてジェット軸方向に移動させた。
⚫ ノット放出は不規則な時間間隔を示す。
Offset = 0.2/yr

ノット速度 = 120-220[km/s]
放出間隔 = 300-2000[day]Offset = 0.3/yr

ノット速度 = 120-240[km/s]
放出間隔 = 300-1200[day]Knot Eは特に軸からのずれが大きい (0.1°); wiggling motions of the jet

SFN358 #48

ノットの時間変化

空間オフセット

Knot C-Eは今後衝突？

ノットの1.644μmピーク強度 (オフセット距離 = 時間変化)

Knot C,Dは過去に衝突⚫ ピーク強度は観測期間内で最大30倍減少⚫ 強度減衰のタイムスケール

SFN358 #48

ジェット速度の長期変動⚫ 本研究と過去の研究で調べられたジェットの固有運動を比較すると、⚫ RW Aur A・RY Tauからのジェットはほぼ同じ⚫ DG Tauからのジェットは過去の値より2倍ほど小さい

SFN358 #52⚫ 「円盤風」と「惑星形成」は原子惑星系円盤の進化・拡散を駆動する重要メカニズム⚫ 両者の相互作用を調べるため、X線光蒸発を受けている巨大惑星を含む円盤の3次元輻射流体シミュレーションを行った⚫ 十分に質量のある巨大惑星は、圧力駆動の光蒸発風の構造・運動に影響を与えるほど深い円盤ギャップを作ることがわかった

SFN358 #52

3D model of a disc with X-ray photo-evaporation and a giant planet
1. 惑星なし円盤の構造を計算 (Model REF)
2. 惑星 (Mp = 1, 5 [MJ]) をRp = 5.2 [au] (太陽系木星軌道) に置き、円盤構造がほぼ定常状態になるまで時間を進める (Model MJ1, MJ5)
3. 合成禁制輝線として、一般的に観測される[OI] 6300 Å, [SII] 4068 Å, [SII] 6730 Å and[NeII] 12.8 µm, [FeII] 17.2 µmを選択・計算した。

SFN358 #52

円盤風の構造と運動
惑星は円盤風を駆動する圧力勾配を変化させる。
惑星上空では密度が低下した領域ができ、この領域から物質が落下する。
(圧力勾配によらない円盤風(例えば磁気風)に同様の効果があるかはまだ不明。)
方位角平均密度分布と速度場

方位角平均ガス圧と加速度場惑星を持つモデル(密度が低下)の方が圧力勾配が大きくなり、円盤風が内側から急角度で噴き出す。

SFN358 #52

輝線放射領域
輝線毎に円盤風の異なる領域を分析したい
85%の放射が発生しているコントアを表示
方位角平均惑星を含む断面

惑星を持つモデルでは、半径方向外側で放射量域が円盤表面よりも高い位置に押し上げられる。
[FeII]はこの影響が最も小さい。円盤風の立ち上がりのトレーサーとして利用できる。

SFN358 #52

輝線プロファイル
有限のスペクトル分解能(可視光でR=100000, 中間赤外でR=60000)のもとでシミュレート
Model MJ1では惑星の影響は僅か。
Model MJ5では円盤風の構造変化が大きくなり、傾斜角が小さいと青方偏移が小さく、傾斜角が大きいと赤方偏移したピーク(観測者から遠ざかる方向の円盤風)が現れる。これは円盤の反対側にある遠ざかる円盤風からの寄与では説明できない。

SFN358 #52

現在得られている観測データと同程度のスペクトル分解能では違いは明確にならない倍のスペクトル分解能(将来観測)に期待

SFN358 #43⚫ 星形成コアL1544の落下速度に対する化学的影響を定量可するため、コア崩壊の1次元流体シミュレーションを行った。
⚫ 落下速度は化学ネットワーク・輝線冷却にほとんど依存しないことがわかった。
⚫ 観測より示唆されている大きな落下速度の原因は化学進化ではない。(1)現在考えられているよりもコアの進化が進んでいるか、(2)計算したコアの平均密度が低すぎたことが原因と考えられる。
⚫ 一方、化学的性質はコアの寿命に大きな影響を及ぼす(2倍ほど変化)。簡略化した化学進化計算を行うとコアの寿命の見積もりを誤らせることに注意が必要。

SFN358 #44⚫ これまで、さまざまな波長帯で観測されたダスト放射は、若い原始星エンベロープにおけるミリメートルサイズのダスト粒子がすでに存在を示す証拠とされてきた。
⚫ この解釈は、同じ条件下で大きなダスト粒子を作れない凝結シミュレーションの結果と矛盾する。
⚫ 本研究では、凝固過程の標準的な想定のもとでは、原始星エンベロープでミリメートルサイズの粒子が作ることができないことを解析的に示す。
⚫ ミリメートルサイズのダスト粒子がその場で成長しない場合に、観測されたダスト放射を説明するいくつかの可能性についても議論する。

SFN358 #45⚫ 20の渦状腕系に対してGaia DR3で同定された合計12,570の近傍天体からは、孤立系への確かなフライバイ候補を同定することはできなかった。
⚫ 近接フライバイは孤立した過剰腕系の主要な形成メカニズムではないことが示唆された。

SFN358 #46⚫ 伴星の重力ポテンシャルによる摂動がデブリ円盤に与える影響を数値シミュレーションし、空間分解観測によって確認可能かを調べる。

SFN358 #47⚫ Paper II ...ガスへの逆反応・ダスト粒子の衝突破砕の影響を考慮した凝集不安定性の数値シミュレーションを行った。
⚫ 効率的なダスト成長の必要条件：(1)α<1e-3の弱い乱流、(2)ダスト断片化の大きな臨界速度(>1[m/s])⚫ 外側領域でダストが効率よく濃縮されると、内側に向かうペブルフラックスが減少し、ペブル降着による惑星形成が減速する。その結果作られたリングは永年重力不安定性(GI)に対して不安定になり、惑星形成を促進する。

SFN358 #49⚫ CygOB2-12 ... 前景に10光年程度の減光があるため、星間物質中の塵の性質を研究する上でベンチマークとなる青色超巨星⚫ この星に対する直線偏光を、中間赤外線で初めて検出された⚫ 8-13μmの分光偏光度は、星間磁場中で配列したケイ酸塩粒子に特有の波長を示す

SFN358 #50⚫ 磁気リコネクションによって放出される低エネルギー粒子は、星周円盤の電離源となりその化学的・熱的・力学的進化に影響を与えることがわかっている。
⚫ 本研究は、磁気リコネクションによって放出される高エネルギー粒子がどのように伝播して星周円盤プラズマの電離率に影響を与えるかを初めて調べた。
⚫ 電子と陽子によるH+, H+2, He+の生成に関する実験と理論の断面積を集め、輻射熱化学コード
ProDiMoを用いて星周円盤の電離率を計算した。
⚫ その結果、高エネルギー粒子は局所的な電離の非常に強い発生源であり、電離率は円盤の内側におけるX線・恒星高エネルギー粒子・放射線による寄与を数桁も上回ることがわかった。

SFN358 #51⚫ 10164通りのSPH法による惑星間衝突シミュレーションのデータセットを作成した。これは惑星間衝突の研究における機械学習研究に利用できる。
⚫ 今回は、衝突後の状態を予測する残差ニューラルネットワークによる機械学習モデルを構築した。

SFN358 #53⚫ Sgr B2においてNH3の広範囲なメーザー放射を発見した。
⚫ 隣接する高温分子コアやUCHII領域との速度差を考慮すると、測定されたNH3メーザー線はすべて、アウトフローまたはUCHII領域の膨張による衝撃波に関連している可能性がある。

SFN358 #54⚫ 銀河系内の低金属度(O/H =-0.5 dex)HII領域・Sh 2209(S209)の深い近赤外線(NIR)観測⚫ S209に2つの星形成星団を同定⚫ 特にS209主星団(約1500天体)は、従来の観測(約100天体)よりも多くの天体を持つため、低金属度環境におけるIMFを0.1-20Msunという広い質量範囲で導出することが初めて可能になった(左図best-fit IMF)。

SFN358 #55⚫ ダスト減光 ... 天の川におけるガス分布の最も信頼できるトレーサーの一つ⚫ XPNICERという新しい減光マッピング手法を考案し、銀河系円盤(295◦<l<350°, -2◦<b<2◦)・銀河系バルジ(-10◦<b<5◦)をカバーする減光マップを作成した(左図)⚫ 従来の減光マップと比較すると、特に銀河の拡散ダスト成分と中程度に消滅した巨大分子雲領域の両方を再現する能力に優れる

SFN358 #56⚫ 3次元層状円盤シミュレーションから得られた拡散係数と粘性係数を用いた、原始星系円盤（PSD）におけるミクロンからミリメートルサイズの微粒子の長期径方向輸送の研究⚫ ガス抵抗 ... 塵を半径方向内側(下流)に輸送する⚫ 確率的拡散 ... 乱流の性質によってかなりの割合の塵を半径方向外側(上流)に拡散させる⚫ 磁気回転不安定性が支配的な円盤では、拡散が中間面よりも表層で強くなることによってダスト集団が空間的に分離する特徴が見られる。