大質量星や星団が生まれる環境を読み解く鍵に
ポイント
・大質量星や星団が生まれる現場として、ハブ・フィラメント系分子雲（分子雲, ※1）が知られている。この天体では、複数の細長いフィラメント状ガス構造が、中心領域から放射状に並ぶことが観測で見つかっている。しかし、この特徴的な構造がどのように形成されるかはよく分かっていない。
・磁場がくびれた形をもつ分子雲に、高速の星間衝撃波（※2）が入射する状況を3次元シミュレーションで調べた。その結果、放射状に整列したフィラメント構造が形成される新たなメカニズムを明らかにした。
・本成果は、ハブ・フィラメント系分子雲の形成を統一的に理解する手がかりを与えるものである。今後、観測や理論研究を組み合わせることで、銀河の中で星や星団がどのような環境で生まれるのかの理解が深まることが期待される。
概要
宇宙では、星は分子雲と呼ばれる低温のガスの集まりの中で生まれます。なかでも、大質量星や星団が形成される現場として注目されているのが、「ハブ・フィラメント系分子雲」です。この天体では、複数の細長いガス構造が、中心の高密度領域へ向かって集まっています。しかし、このような放射状に整列したフィラメント状ガス構造が、どのような物理過程によって作られるのかは分かっておらず、その形成機構の解明が求められていました。
本研究では、磁場がくびれた形を持つ分子雲に、高速の星間衝撃波がぶつかる状況に着目しました。そして、中心に向かって放射状に伸びるフィラメント状ガス構造が形成されることを明らかにしました。さらに、星の材料となる高密度ガスが、フィラメントに沿って選択的に中心へ流れ込み、周囲の低密度ガスとは異なる運動を示すことを見いだしました。
九州大学大学院理学研究院町田正博教授の研究室所属の大学院理学府博士課程3年の野﨑信吾氏、名古屋大学大学院理学研究科の犬塚修一郎教授の研究グループは、3次元磁気流体数値シミュレーションを用いて、星間衝撃波と砂時計型の磁場構造を持つ分子雲との相互作用を調べました。その結果、曲がった磁力線に沿って生じる斜めの衝撃波によって特徴的なガスの流れが発生し、中心へ向かって放射状に整列した複数のフィラメント状ガス構造が発達することを示しました。さらに、形成されたフィラメントの幅や長さ、ガスの流れる向きが、実際に観測されるハブ・フィラメント系分子雲の特徴とよく一致することを明らかにしました。本研究のシミュレーションには、国立天文台が運用する天文学専用スーパーコンピュータ「アテルイⅢ」(※3)が利用されました。
今回の成果は、大質量星や星団がどのように材料となるガスを集めて成長するのかについて、新しい理解の仕方を示すものです。特に、ガスが分子雲全体から一様に集まるのではなく、高密度のフィラメント状ガス構造を通じて選択的に運ばれることを示した点は重要です。この結果は、星形成の効率が数パーセント程度にとどまる理由を理解するための鍵となります。今後は、観測との詳細な比較を進めることで、銀河の中で星や星団がどのような環境で生まれるのかの理解が深まることが期待されます。
本研究成果は、米国の天文学誌 The Astrophysical Journal Letters に2026年3月18日（日本時間）に掲載されました。
野﨑信吾氏からひとこと
今回の研究では、観測で見えている特徴的なガス構造が、どのような物理過程で作られるのかを示すことができました。放射状に並ぶ構造は一見すると特殊に見えますが、衝撃波と磁場の組み合わせによって自然に生まれることがわかりました。今後は、さまざまな形のハブ・フィラメント系分子雲を統一的に理解することを目指したいです。
用語解説
用語解説
(※1) 分子雲
説明・・・星の材料となる、低温で濃いガスや塵の集まり。宇宙の中でも比較的密度が高く、水素分子を多く含むため「分子雲」と呼ばれます。新しい星は主にこの中で生まれます。
(※2) 星間衝撃波
説明・・・宇宙空間のガスの中を伝わる、強い圧縮の波。大きな星のまわりでガスが勢いよく広がるときや、星が一生の最後に大爆発を起こすときなどに生じます。通り過ぎるとガスが急激に押し縮められ、密度や流れ方が大きく変わるため、分子雲の形や星形成に影響を与えることがあります。
(※3) スーパーコンピュータ「アテルイⅢ」
説明・・・国立天文台が運用する天文学専用のスーパーコンピュータ。総理論演算性能は1.99ペタフロップスの性能を有し、メモリバンド幅が大きい「システムM」とメモリ容量が大きい「システムP」の2つのシステムから構成されています。本研究ではシステムPの大容量メモリをいかし、大規模なシミュレーションが行われました。
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