太陽・原始星における磁気活動
高棹 真介 （名古屋大学、学振PD）

image: SDO/AIA (NASA)

星・惑星ができるまで
重力収縮期
分子雲

ガス降着期
原始星・円盤形成

星周円盤進化
惑星形成
主系列星~1-100 au~100 au~10,000 au

原始星（ガスに埋もれている）

Classical T-Tauri stars (CTTS)
Herbig Ae/Be stars（星表面をみることができる）

磁場観測
ゼーマン効果による Stokes V

ダストの偏光観測

observed by Hinode/SOT

Girart et al. 2006

cloud core
(dust emission + polarization)

NAOJ/JAXA~1,000au

530nm

NAOJ

磁場は星形成過程、恒星大気で重要な役割

アウトライン➤ イントロ➤ 太陽・恒星・原始星の磁気活動の概観➤ 磁気流体力学と磁気リコネクションの基本➤ フレア観測から太陽・恒星コロナを探る取り組み

ST+ 2015, ST & Shibata 2016
➤ 原始星近傍の理解を進めるための取り組み

ST+ 2018

軟X線でみた太陽(> 2 x 10^6 K)

磁場と太陽大気構造の関係
Stokes V (〜視線方向磁場)

SOHO/MDISoft X-ray (> 10^6 K)

Hinode/XRT

磁場が上空大気の重要なエネルギー源

磁場は上空で重要になりやすい
密度➤ ガス圧（内部エネルギー）は

温度

高さとともに急激に減少（等温なら exponential）➤ 磁場のエネルギーの減少はそれよりも十分緩やか（双極磁場なら B / z 3 ）➤ よって上空では磁場優勢領域が形成 ̶> コロナがその典型<latexit sha1_base64="rD+drmL2c1ainXzR9ttd/V+YZOI=">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</latexit>

Courtesy of Eugene Avrettp= 0.001
太陽コロナ： 2
B /8⇡

0.1 （コロナでは B ~ 10-100 G）<latexit sha1_base64="1mV0Et9iXAe3NZ18y2utVu3bHxA=">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</latexit>

上空で磁場が卓越してくるのは重力成層大気の一般的性質➤ 恒星、地球➤ ブラックホール降着円盤、銀河円盤

黒点、活動領域

彩層

光球磁場
courtesy: T. Shimizu

コロナ

太陽内部から磁場が浮上
磁束管の断面が黒点

光球・彩層
内部

磁場の束
（磁束）

Zwaan 1985

磁場浮上過程のシミュレーション
太陽内部の浮上の様子

太陽表面上の浮上の様子

太陽フレアを活発に起こす黒点の形成・宇宙天気研究：ST+15, Toriumi & ST 17

太陽フレアコロナにおける数千万Kの高温プラズマの発生を伴う
爆発現象

太陽表面付近（彩層） Ca II H line (Hinode/SOT)

サイズ：10^9 - 10^10 cm
エネルギー：10^29 - 10^32 erg
継続時間：10^2 - 10^5 s
エネルギー源：
黒点近傍の磁気エネルギー
B2
E⇡
V
8⇡
✓
◆2 ✓
◆3
B
L
33
⇡ 10
erg
3
9
10 G
3 ⇥ 10 cm

太陽コロナ（極端紫外線）<latexit sha1_base64="Ym+HaT9Xx/tP2Z9nqaWZ1jH2/ow=">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</latexit>

最大級の太陽フレアでも Lbol は
4 しか明るくならない。
10にも関わらず、太陽系内への影響大<latexit sha1_base64="P40vtxyuvMb2z+jgPyLGaozOURE=">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</latexit>

courtesy: W. Liu

プロミネンス噴出とコロナ質量放出 (CME)

速度 : ~10-1,000 km/s
平均質量： 3.5 ⇥ 1014 g ⇡ 2 ⇥ 10 19 M
<latexit sha1_base64="l9veUbVmmr4q5CwuJJe40wThbkk=">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</latexit>

2

ṀCM E ⇡ 4 ⇥ 4 ⇥ 10 ⇥ MCME,ave ⇡ 3 ⇥ 10

16

M

yr

1

<latexit sha1_base64="K/HxRnhw719fby3XFSaTO3lBtuY=">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</latexit>

1日の平均回数

１年の日数

太陽風（ Ṁ = 2 ⇥ 10 14 M
地球への影響大<latexit sha1_base64="vrjDccGRLwT5r75uIq6O6q1BJ5M=">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</latexit>(Gopalswamy+09)

yr 1 ）の数 % 程度だが、表面上の磁場の起源：ダイナモ
放射層からの熱エネルギー
̶> 熱対流の運動エネルギー
̶> 磁場のエネルギーへ転換（磁場を引き延ばすなどで増幅）
粗い言い方だが、星の自転が速いと磁場増幅に使える運動エネルギーが増え、磁場生成がより活発になる

https://solarscience.msfc.nasa.gov/interior.shtml

恒星の磁気活動
log LX /Lbol

log LX

Güdel 2004

Güdel 2004

<latexit sha1_base64="JZgB9p4GpLXMgBevvYitx+8fH+o=">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</latexit><latexit sha1_base64="FsAp1Szq5kZTIVEgIEQmJoYBZAg=">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</latexit>

△：太陽

自転速度

Ro = Prot /⌧c

星年齢（自転速度などから推定）<latexit sha1_base64="/1jOFL8yIUF+CaT0Kkm+t/F7yr4=">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</latexit>

自転が速い̶> ダイナモ活発 ̶> 黒点を沢山形成 ̶> X線で明るい、フレア多い➤ M 型星（全体流）はフレア活動が高く、惑星のハビタビリティの議論多い(e.g. Kopparapu+13, 京大スーパーフレアグループ)➤ 若い星では ṀCME , Ṁwind > Ṁwind,present

かも<latexit sha1_base64="IzykVQoYjdKN/hIPfu3QFQgkQwQ=">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</latexit>(今田, プラズマ核融合学会誌 2014, Suzuki et al. 2013 PASJ)原始星フレア、前主系列星フレア
エネルギー：
10^35 - 10^37 erg
最大級の太陽フレアの10^3 - 10^5 倍！
タイムスケールやエネルギーなどの観点から磁場駆動説が有力
Koyama+96, Tsuboi+00, Montmerle+00

生まれたばかりの星は極めて激しいフレアを起こしている➤ 発生機構は何か？星周円盤の役割？
➤ 周囲（原始惑星系円盤、惑星大気）への影響は？

アウトライン➤ イントロ➤ 太陽・恒星・原始星の磁気活動の概観➤ 磁気流体力学と磁気リコネクションの基本➤ フレア観測から太陽・恒星コロナを探る取り組み

ST+ 2015, ST & Shibata 2016
➤ 原始星近傍の理解を進めるための取り組み

ST+ 2018

磁気流体力学：MagnetoHydrodynamics (MHD)= 基礎方程式: 流体力学 + Maxwellʼs eqs.
(ミクロな物理は拡散係数などを通じて方程式に入る)

MHD の重要な性質
もしガスが（部分的にでも）電離していたら、ガスのダイナミクスと磁場のダイナミクスはカップルする

磁場

磁場の拡散がない限り、プラズマは磁場を引きずる➤ 磁場を横切って動けない➤ 磁場に沿って動くのは容易
➤

プラズマ

e

This property is called “frozen-in”(as if magnetic fields are frozen into the fluid)

MHD の重要な性質
Lorentz force
1
J ⇥B =(r ⇥ B) ⇥ B =
4⇡

r

✓

◆
2

B
8⇡

磁気圧勾配力1+(B · r)B
4⇡
磁気張力

磁場
プラズマ

磁気張力
(磁場は流体とカップルするとゴム紐と同じように振る舞う)frozen-in 条件が磁気ループを見やすくする

TRACE 衛星による極端紫外線によるコロナ画像
極端紫外線は電子によるイオンの衝突励起による磁場構造の変化とエネルギー解放の関係
磁力線

Em: 磁気エネルギーEm =<latexit sha1_base64="wORsstx1rCH2xwTVnW0X8LXtHng=">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</latexit>
sha1_base64="xpFHE7LWFsz28DK0jJ6gYedCE+E=">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</latexit>
sha1_base64="teIyqmRrJr4xURYfr1cKPiT1VRY=">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</latexit>

Z

2

B
1
dV =
8⇡
8⇡

Z

BdA

✓Z

Bdl

◆

1
⇡
BL
8⇡

Phi : 磁束量（磁気拡散がなければ保存量）
B : 磁場強度
L : 磁力線の長さ
磁力線は磁気張力縮むことでエネルギーを解放できる（ここもゴム紐と同じ）

フレアと磁気リコネクション
太陽コロナ

何らかの過程で反平行成分を持つ磁場を形成
̶> 磁力線のつなぎ変え（磁気リコネクション）
̶> 磁気張力により磁力線が縮む
̶> エネルギー解放 ̶> フレア、コロナ質量放出磁気リコネクションについてもう少し 1/2
磁気拡散の例：
オーム散逸（ジュール加熱）

いきなり磁力線のつなぎ変えを考えるのではなく、一旦磁場をベクトル場にしてから考えるとわかりやすい<latexit sha1_base64="8XtCebShcLCE1uCifRpVqMWtLNs=">AAAB6XicbVBNS8NAEJ3Ur1q/qh69LBbBU0mkoMeCF49VTFtoQ9lsN+3SzSbsToQS+g+8eFDEq//Im//GbZuDtj4YeLw3w8y8MJXCoOt+O6WNza3tnfJuZW//4PCoenzSNkmmGfdZIhPdDanhUijuo0DJu6nmNA4l74ST27nfeeLaiEQ94jTlQUxHSkSCUbTSA6GDas2tuwuQdeIVpAYFWoPqV3+YsCzmCpmkxvQ8N8UgpxoFk3xW6WeGp5RN6Ij3LFU05ibIF5fOyIVVhiRKtC2FZKH+nshpbMw0Dm1nTHFsVr25+J/XyzC6CXKh0gy5YstFUSYJJmT+NhkKzRnKqSWUaWFvJWxMNWVow6nYELzVl9dJ+6ruuXXvvlFrNoo4ynAG53AJHlxDE+6gBT4wiOAZXuHNmTgvzrvzsWwtOcXMKfyB8/kDFLqNAQ==</latexit>

流体力学会誌ながれ vol. 36 に記事を寄稿

磁気リコネクションについてもう少し 2/2
磁気張力で加速される流れを(リコネクション) アウトフロー
アウトフローで抜けた質量を補うように入ってくる流れを(リコネクション) インフロー

衝撃波

p
⇡
2
B /8⇡

内部エネ/磁気エネ<latexit sha1_base64="lrK4hq2MW7HbS8oRlG0yoQbUh6A=">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</latexit>
sha1_base64="CphwqMkORJeuT7hJs2jhmeS06Tc=">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</latexit>
sha1_base64="R5axrg2X8M1R4oO1axoVCexux2Q=">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</latexit>

✓

cs
VA

◆2

⇡ 0.01

0.1

コロナでは容易に Cs << Va ̶> 衝撃波形成
フレアにおける高温プラズマの形成、粒子加速(?)

アウトライン➤ イントロ➤ 太陽・恒星・原始星の磁気活動の概観➤ 磁気流体力学と磁気リコネクションの基本➤ フレア観測から太陽・恒星コロナを探る取り組み

ST+ 2015, ST & Shibata 2016
➤ 原始星近傍の理解を進めるための取り組み

ST+ 2018

星の磁気活動が惑星に与える影響を考える上で恒星大気（コロナ）の物理量を得ることは重要
フレアは➤ 様々な波長で増光を示す➤ 恒星大気の磁場と密接な関係
フレアから恒星の磁気活動を調べることができる
どんな理論モデル・観測が必要か？
どんな情報を得ることができるのか？

磁場を測定する取り組み
Classical T-Tauri型星のゼーマン観測

Johnstone+14 (see also a review by Donati 09)

ゼーマン効果を使った観測は解釈に注意が必要
・Stokes V だけだと空間分解できていない小さい磁場は見えない・Stokes parameter は大気モデルにも依存・測ることができるのは星表面で、フレアの起きるコロナではない。

フレア理論に基づく手法
フレア理論を組み合わせてコロナの物理量（磁場強度など）を推定する方法➤ フレアループの冷える過程に注目 ：Reale et al. 97➤ フレアループの力学バランスに注目：Shibata & Yokoyama 02➤ フレア領域の振動過程に注目：Takasao & Shibata 16, etc

コロナ振動学 (Coronal seismology)
こういうループを横から見ている

極端紫外線

極端紫外線
Nestico+13➤ コロナ、フレア領域では様々な振動・波動が存在➤ コロナ振動学は、かなりしっかりしたMHD波動理論に基づいた振動・波の観測から定量的に物理量を推定する方法
McLaughlin, Nakariakov, Dominique, Jelinek, & ST 2018, Space Sci. Rev.
Nakariakov & Melnikov 09

振動とフレアからの放射
フレアからの非熱的放射17 GHz13-23 keV

23-33 keV

加速場所の候補
リコネクション領域

リコネクション
アウトフローが作る
衝撃波

時間 [s]
Inglis+08

ほとんどのフレアは高エネルギー電子起源の放射の準周期的変動を示す(e.g. Nakariakov & Melnikov 09) => 振動は普遍的➤ 周期：10 - 100 sec が主要➤ 加速場所 or 放射場所の物理量をMHD 過程が時間変動している？
➤

これまでの考え
e.g. Nakariakov+04

Oka + 2015

フレアループ内に励起された音波が原因の場合
1/2
P = L/Cs / LT
➤ これまでフレアループ内の振動・波動が主に注目されてきたが、非熱的放射が強いところはループ上空（離れている）➤ フレアの駆動物理であるリコネクションを考慮してモデリングする必要性

時間変動する終端衝撃波 ST+2015, ST & Shibata 2016
リコネクション・熱伝導・大気構造を考慮した２次元フレアシミュレーション

prev

リコネクション点

newループ上空の衝撃波領域の振動⌘ pgas /pmag

密度分布

観測でもループトップ上空から
高エネルギー電子の放射が強い。
衝撃波による電子加速が効いているなら
衝撃波振動 ̶> 非熱的放射の変動を自然に説明Oka + 2015

流れが駆動する、音叉的振動
Recon. Outflow

跳ね返り流で外向きに膨張周囲に掃き寄せた
磁場が内向きに押し返す➤ 振動周期とフレアサイズ・磁場強度をつなぐスケーリング則を導出

P /B<latexit sha1_base64="na07G8Sc8S5NaPLRYxH2ConCP/Q=">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</latexit>

3/7

L

6/7

➤ 観測的検証とより現実的なモデリングが今後の課題

恒星の磁気活動性を定量的に探るには
フレア理論を組み合わせてコロナの物理量（磁場強度など）を推定する方法➤ フレアループの冷える過程に注目 ：Reale et al. 97➤ フレアループの力学バランスに注目：Shibata & Yokoyama 02➤ フレア領域の振動過程に注目：Takasao & Shibata 16, etc

フレア領域の力学・エネルギーバランスを使う
Shibata & Yokoyama 2002

フレアループが構造を保てる条件（フレアの高圧ガスを磁場で閉じ込められる条件）
2

B
pgas ⇠ pmag =8⇡

加熱と冷却のエネルギーバランス（ポインティングフラックス = 熱伝導フラックス）

B2
0 T 7/2
VA ⇠4⇡L

観測量 (EM: emission measure, T: 温度) から磁場強度、フレアサイズを推定

2002年までの観測

恒星・原始星フレア

太陽フレアをよく説明し太陽・恒星フレアを統一的に説明しているように見える(see also Namekata+17)星半径の〜１０倍以上大きいものも見受けられるが稀？
太陽フレア
しかし統計が足りない

Shibata & Yokoyama 2002

最近の恒星フレアの観測結果
Tsuboi+16
太陽半径~10^11 cm

スケーリングをそのまま適用 ̶> 星半径の10-100 倍大きいフレア？
（バイナリセパレーションより大きいフレアも理論から推定された）

巨大フレアの解釈の困難
太陽フレア理論をもとにしたモデルでOK派：➤ 実は本当に巨大なフレアが起きている理論の発展が必要派：➤ 巨大フレアには通常の理論が適用できない可能性➤ （巨大フレアの多くは原始星フレアであることを踏まえ）

実は原始星周りの磁場構造（フレアの構造）が予想と違う

巨大フレアの解釈の困難
太陽フレア理論をもとにしたモデルでOK派：➤ 実は本当に巨大なフレアが起きている理論の発展が必要派：➤ 巨大フレアには通常の理論が適用できない可能性➤ （巨大フレアの多くは原始星フレアであることを踏まえ）

実は原始星周りの磁場構造（フレアの構造）が予想と違う

原始星フレアのシミュレーション

Hayashi+96

円盤の回転エネルギー ̶> 磁気エネルギーを星周囲に蓄積 ̶> 大フレア
➤ しかし長時間計算や追試が行われていないのでさらなる研究が必要（シミュレーションが大変）➤ 質量噴出の前面にできる衝撃波はコンドリュールの形成に有効かも(Miura & Nakamoto 2006)

巨大フレアの解釈の困難
太陽フレア理論をもとにしたモデルでOK派：➤ 実は本当に巨大なフレアが起きている理論の発展が必要派：➤ 巨大フレアには通常の理論が適用できない可能性➤ （巨大フレアの多くは原始星フレアであることを踏まえ）

実は原始星周りの磁場構造（フレアの構造）が予想と違う

横澤くん修論（名大）1温度近似の限界

電子温度とイオン温度を独立に解く必要性横澤くん修論（名大）電子・イオンの２温度流体モデルへ
放射強度

10

1
3×104km
一本一本のループの重ね合わせでフレアループ表現するモデリング（磁力線に沿った1次元流体の運動を解いた結果を重ね合わせ）

軟X線(0.3-1.3keV)で観測される放射強度を疑似観測横澤くん修論（名大）放射強度

電子・イオンの２温度流体モデルへ
疑似観測から得られる光度曲線

8.0
7.0
6.0
5.0
4.0

放射強度

423s

10

3.0
2.0

1.0

0

200

400 600 800 1000 1200 1400

時間[s]

1
3×104km

一本一本のループの重ね合わせでフレアループ表現するモデリング（磁力線に沿った1次元流体の運動を解いた結果を重ね合わせ）

軟X線(0.3-1.3keV)で観測される放射強度を疑似観測

観測可能量はどのように変わるか
２温度系での Te
１温度系での Te
1.0

イオンが加熱を受けた場合

0.9
0.8
0.7

横澤くん修論（名大）➤ 同じ規模のフレアでも、２温度系では1温度近似の場合に比べて電子温度 Te が小さい
➤ フレアが大規模になるほど、1温度近似の結果から大きくずれる
１温度近似に基づくスケーリング則

電子が加熱を受けた場合

1

3

10
フレアのエネルギー[1029erg](Shibata & Yokoyama 2002)

Te の依存性が強い

仮に実際の２温度系でのフレアの Te = 0.3 x (1温度系で推定される Te)
̶> １温度近似の理論はフレアサイズを ~10 倍大きく評価してしまう可能性
スケーリング則を２温度系モデルで拡張する必要あり（論文準備中）

巨大フレアの解釈の困難
太陽フレア理論をもとにしたモデルでOK派：➤ 実は本当に巨大なフレアが起きている理論の発展が必要派：➤ 巨大フレアには通常の理論が適用できない可能性➤ （巨大フレアの多くは原始星フレアであることを踏まえ）

実は原始星周りの磁場構造が予想と違う

3D MHD Model➤ 降着円盤を持つ原始星周りのモデリングを

推進中➤ 原始星が磁気圏を持つかわからないので
まずは磁気圏なしモデルからスタート➤ 領域サイズは ~0.3 au➤ コードは Athena++ (Stone,

Tomida, White in prep)アウトライン➤ イントロ➤ 太陽・恒星・原始星の磁気活動の概観➤ 磁気流体力学と磁気リコネクションの基本➤ フレア観測から太陽・恒星コロナを探る取り組み

ST+ 2015, ST & Shibata 2016
➤ 原始星近傍の理解を進めるための取り組み

ST+ 2018

原始星・前主系列星の磁気活動が周囲の環境（特に原始惑星系円盤）に及ぼす影響

credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

原始惑星系円盤
原始惑星系円盤：➤ 低温・低電離ガス➤ >~au スケールでは、星からの放射が重要な熱源➤ 星からのUV, X線は円盤ガスの散逸に重要（光蒸発）➤ 円盤乱流の有無に関わる電離度は、宇宙線に大きく影響

0.01 au

0.1 au

1 au

10 au

Simon+15

星の影響
ジェットの作る衝撃波➤ フレア、降着衝撃波：

降着衝撃波

image credit:
NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

星のUV, X線放射量を決める➤ 降着衝撃波、ジェット、フレア・
フレア・CME
CME：
星形成領域内で高エネルギー粒
子を生成（銀河由来ではない宇宙線）Padovani+15
円盤進化を考える上で原始星・前主系列星のモデリングは重要
特に星・円盤相互作用の部分

星近傍の古典的理解
星まで円盤が繋がった状態

磁気圏降着 (e.g. Königl 90)(e.g. Machida+ 08)

early/late protostars?

late protostars, CTTS?
強い星磁場

高緯度に降着衝撃波~0.01 au星近傍の古典的理解
星まで円盤が繋がった状態

磁気圏降着 (e.g. Königl 90)(e.g. Machida+ 08)

early/late protostars?

late protostars, CTTS?
強い星磁場

高緯度に降着衝撃波~0.01 au

通説：
高速な降着・降着衝撃波が観測で見えたら「星は強い磁気圏を持っていて磁気圏降着が起きている」と解釈。
過去の原始星フレアのモデルもこれが前提

磁場が弱くても高速な降着Herbig Ae/Be: 前主系列段階にある中質量星. 磁場を持つ星 (> ~100G) の割合は高々 ~10% (Wade+2007)
̶> 磁気圏降着は期待できないはず（高速降着はないはず）

Red : CTTS
Blue: Herbig Ae/Be

しかし高速な降着（>100km/s）が観測されている(Cauley & Johns-Krull 14)（円盤を通じた降着なら ~数m/s）

fast accretion??

3D MHD Model

Takasao, Tomida, Iwasaki & Suzuki 18

磁気圏なしで星磁場が弱いモデルを仮定し、降着・磁場構造を再考

Domain size: 60 Rstar ~ 0.7 au
Physical time span: ~300 rot ~ 0.2 yr
for Herbig Ae

3D structure (< 0.1 au scale)
青: 高速降着流
矢印：速度ベクトル

Top view

磁気圏がなくとも高緯度に高速降着流が形成➤ 円盤赤道面からの降着と上空からの高速降着が共存（降着率は赤道面からの方が1桁弱大きい）➤3D structure (< 0.1 au scale)
青: 高速降着流

Top view

矢印：速度ベクトル

480km/s~50 days➤ 速度は観測と整合的➤ 降着衝撃波を十分形成可能

高エネルギー粒子を作り得る降着衝撃波は
磁気圏がなくともできる3次元磁場構造

磁気圏降着モデル

円盤の回転で強くねじられた構造
降着流は磁力線にガイドされていない

3次元磁場構造

青：高速降着流

磁力線

円盤の回転で強くねじられた構造
降着流は磁力線にガイドされていない（磁場を引きずりこみながら降着）新たに見つかった上空の降着過程
ガスの流れ
磁場

円盤乱流が駆動する
円盤風
e.g. Suzuki & Inutsuka 09

ガスは円盤風として一度持ち上がるが上空で磁場に角運動量を抜かれて星に落下
なぜ高速になるのか？

なぜ星磁場がなくとも高速降着？
かなり簡単化した答え
密度依存性に注目

磁気圏降着

磁場は円盤赤道面の高密度ガスの回転運動を減速しなければいけない
̶> 強い磁場が必要

今回見つかった新しい降着

磁場は円盤風で運ばれた
上空の低密度ガスを減速すればよい
̶> 強い磁場は必要ない円盤風の他の役割：星の光を遮蔽
密度揺らぎ

0.1 au
円盤風で巻き上げられたガスにより星の光が遮られてしまう円盤風の他の役割：星の光を遮蔽
Radiation hydro sim. by Nakatani+18

密度揺らぎ

0.1 au100 au
円盤風で巻き上げられたガスにより 星からの UV, X-ray は円盤ガスを散逸星の光が遮られてしまうさせる役割 (光蒸発、photoevaporation)

両者のスケールをつなぐ研究が今後重要

まとめ➤ 太陽・恒星・原始星の磁気活動の基本物理について概観➤ 太陽・恒星・原始星フレアを統一的に説明できる理論が提案されているが、まだまだ発展の余地があるかもしれない➤ 基礎方程式の拡張（１温度近似 ̶> ２温度系）➤ システムごとの磁場構造の違い➤ 原始星・前主系列星、円盤内縁が円盤へ与える影響➤ フレア、ジェット、降着衝撃波、円盤風➤ シミュレーション・観測の発展でまだまだ過去の描像が変わるかもしれない