原始惑星系円盤
原始惑星系円盤（げんしわくせいけいえんばん、protoplanetary disk）は新しく生まれた恒星（おうし座T型星）の周囲を取り巻く濃いガスが回転している円盤である。英語では proplyd という略称で呼ばれる場合もある。原始惑星系円盤のガス物質は円盤の内側の境界から中心星の表面に向かって落ち込んでいるため、この円盤は一種の降着円盤であると見ることもできる。（この降着過程は円盤内部で物質が集積して惑星が作られる過程とは別である。）
おうし座T型星を取り巻く原始惑星系円盤は、近接連星系の周囲に存在する円盤とは大きさや温度の点で異なっている。原始惑星系円盤の半径は約1,000天文単位までで、連星系の円盤に比べて低温である。その温度は円盤の最も内側でようやく1,000Kを越える程度である。原始惑星系円盤には多くの場合ジェットが付随している。
典型的な原始星は水素分子を主成分とする分子雲から生まれる。分子雲の一部で大きさ・質量・密度などがある上限値に達すると、その雲の塊は自己重力によって収縮を始める。このような収縮しつつあるガス雲は原始太陽系星雲 (solar nebula) と呼ばれ、収縮によって密度が次第に高くなる。この収縮過程でガス雲が元々持っていたガスの乱雑運動は均される一方で、ガス雲の全角運動量は角運動量保存則によって不変なため、原始太陽系星雲が収縮して小さくなるにつれて星雲全体がある回転軸の周りに自転するようになる。この自転によって（生地を回転させることで平たいピザができるのと同様に）ガス雲は扁平になり、円盤状の形状を持つようになる。この最初の収縮過程は約10万年続く。この収縮が終わる頃には中心星の表面温度は同じ質量を持つ主系列星と同程度にまで上昇し、光を放射して外部から見えるようになる。この段階に達した星はおうし座T型星と呼ばれる。その後、円盤から中心星へのガスの降着が約1,000万年続いた後、円盤は外部から見えなくなる。円盤が観測されなくなる原因は、中心星の恒星風によって吹き飛ばされるか、あるいは単に質量降着が終わって円盤が光を放射しなくなるためだと考えられている。これまでに発見されている原始惑星系円盤で最も年齢が古いものは約2,500万年である。
太陽系の形成を説明する星雲説では原始惑星系円盤がどのようにして惑星系へと進化するかを次のように説明している。原始惑星系円盤の内部では、塵や氷の微粒子が静電気力や重力相互作用によって集積し、微惑星が作られる。この集積過程は、円盤のガスを系の外に四散させようとする中心のおうし座T型星からの恒星風や、円盤の物質を中心星に落とし込もうとする降着過程との競争となる。
我々の銀河系の中では、いくつかの若い星の周囲で原始惑星系円盤が観測されている。このような原始惑星系円盤は1984年にがか座β星で最初に発見された。最近のハッブル宇宙望遠鏡による観測で、オリオン大星雲の中に多くの原始惑星系円盤が見つかっている。
また太陽に近い明るい恒星の中でも、こと座のベガやかんむり座α星、みなみのうお座のフォーマルハウトなどでガスや塵からなる大きな円盤が恒星を取り巻いているのが発見され、当初は原始惑星系円盤ではないかと考えられた。これらのうち、ベガとフォーマルハウトはカストル運動星群 (Castor co-moving group) と呼ばれるほぼ同じ空間運動をしている恒星で、かつては同じ星間雲から生まれたと考えられている。最近のヒッパルコス衛星による観測で、この運動星群の年齢は約2±1億年と見積もられている。このことから、ベガとフォーマルハウトに見られる赤外線放射の超過は原始惑星系円盤というよりは、微惑星同士の衝突の過程で弾き飛ばされた小天体からなる円盤という解釈が妥当であると現在では考えられている。この説はハッブル宇宙望遠鏡によるフォーマルハウトの円盤の観測によっても裏付けられている。
参考文献
- Barrado y Navascues, D., (1998) "The Castor moving group: The age of Fomalhaut and Vega", Astronomy and Astrophysics, 339 (3): 831–839.
- Kalas, P., Graham, J., & Clampin, M.,(2005) "A planetary system as the origin of structure in Fomalhaut's dust belt", Nature, 435 (7045): 1067–1070.