原始惑星系円盤

原始[[惑星]]系円盤：惑星誕生のゆりかご

原始[[惑星]]系円盤とは、生まれたばかりの恒星、特におうし座T型星やハービッグAe/Be型星|ハービッグAe_Be型星の周囲に存在する、ガスと塵で構成された回転する円盤のことです。この円盤は、恒星へと物質が降着する降着円盤としての役割も持ち、惑星が形成される過程において重要な役割を果たします。また、外部からの光を受けて光蒸発を起こしているものは「proplyd」と呼ばれています。

形成と進化

原始[[惑星]]系円盤は、分子雲が自己重力で収縮する際に形成されます。分子雲が収縮するにつれて回転速度が増し、遠心力によって平坦な円盤状になります。この過程で、星雲の角運動量が保存され、中心に向かうほど回転が速くなります。収縮の初期段階には約10万年かかり、その後、中心の星は可視光で観測できるようになります。これが、おうし座T型星の状態です。その後も約1000万年にわたり、ガスは恒星へと降着し続けます。最終的には、恒星風によって吹き飛ばされるか、降着が終了することで円盤は消失します。観測史上最も古い原始[[惑星]]系円盤は約2500万歳です。

特徴

おうし座T型星の周りの原始[[惑星]]系円盤は、近接連星系の主星を取り囲む円盤とは異なり、半径は最大で1000天文単位 (au) にも達します。温度は内側部分で1000Kを超える程度です。また、しばしばジェットを伴うことも特徴です。ハッブル宇宙望遠鏡の観測では、オリオン大星雲内でproplydや原始[[惑星]]系円盤が形成されている様子が確認されています。

原始[[惑星]]系円盤は薄い構造をしており、その厚さは半径よりもずっと小さいです。質量は中心の恒星よりもずっと小さいことが一般的です。円盤の大部分はガスで構成されていますが、ダスト粒子の存在も進化に重要な影響を与えます。ダスト粒子は、円盤の中心面を外部からの高エネルギー放射から遮蔽し、磁気回転不安定性（MRI）が働かない「デッドゾーン」を形成します。このデッドゾーンは物質の流れを遅らせ、円盤が定常状態に達するのを妨げる要因となります。

惑星系の形成

原始[[惑星]]系円盤は、惑星系が形成されるための舞台となります。静電気力と重力相互作用によって、ダストや氷の粒子が微惑星へと成長します。この過程は、恒星風や重力、内部応力（粘性）と競合しながら進みます。微惑星は、地球型惑星や巨大惑星の材料となります。木星や土星の衛星の中には、原始[[惑星]]系円盤に似た周惑星円盤の中で形成されたと考えられているものもあります。惑星が黄道面に沿って軌道を持つのは、惑星や衛星が薄い円盤の中で形成されたためと考えられています。太陽系形成から数千万年後、内側の領域には月から火星サイズの天体が多数形成され、合体を繰り返して現在の地球型惑星へと成長しました。

デブリ円盤

多くの近傍の恒星の周りでは、ガスが欠乏した星周ダスト円盤が観測されています。これらは「デブリ円盤」と呼ばれ、年齢が1000万年から数億年の範囲にあります。デブリ円盤は、微惑星や小[[惑星]]、彗星の衝突によって生じた塵で構成されています。ベガやフォーマルハウトなどの周囲で発見されているデブリ円盤は、小[[惑星]]帯やエッジワース・カイパーベルトに類似した構造を持つと考えられています。

生命の起源との関連

最新のコンピュータシミュレーションによれば、生命に必要な複雑な有機化合物は、地球形成前に宇宙塵の原始[[惑星]]系円盤内で形成された可能性があるとされています。この過程は、太陽系だけでなく、他の恒星の周囲でも起こり得ると考えられています。

まとめ

原始[[惑星]]系円盤は、星の誕生から惑星形成、さらには生命の起源まで、宇宙の進化において重要な役割を果たす存在です。その構造や進化の解明は、宇宙に対する理解を深める上で欠かせない研究テーマとなっています。

参考文献

出典

関連項目

降着円盤
周惑星円盤
デブリ円盤
太陽系の形成と進化
星雲説
微惑星
原始[[惑星]]
原始太陽系星雲
ハービッグ・ハロー天体
* 原始星

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