原始惑星系円盤とジェット

収縮するガスは角運動量を持つため、若い星は回転する円盤に囲まれており、この円盤が星の成長を促し、惑星の種をまく。一方、磁化されたジェットは円盤に垂直に噴出し、角運動量を運び去る。

Definition

原始惑星系円盤は、惑星が形成される若い星を取り巻くガスと塵の回転する円盤であり、ジェットは、降着中に角運動量を取り除く、円盤軸に沿って放出されるコリメートされた高速のアウトフローである。

Scope

このトピックは、周星円盤の構造、温度、寿命、円盤物質の星への降着と角運動量輸送の問題、磁気力による双極ジェットと分子流の放出、および惑星系の誕生の場としての円盤の役割を扱う。

Core questions

• なぜ若い星には円盤があるのか？
• 円盤内の物質はどのように角運動量を失い、星に降着するのか？
• 若い星の双極ジェットとアウトフローはどのように放出されるのか？
• 円盤はどのように惑星系を生み出すのか？

Key concepts

• 周星円盤
• 降着
• 角運動量輸送
• 磁気回転不安定性
• 双極ジェット
• ハービッグ・ハロー天体
• 円盤風

Key theories

円盤降着と角運動量輸送

角運動量保存則により、落下するガスは回転する円盤に強制的に入る。物質が星に降着するためには、角運動量が外側に再分配される必要があり、これは磁気回転不安定性から生じると考えられる乱流粘性、または磁化された円盤風によって行われる。

ジェットの磁気遠心力による放出

回転する円盤と星を貫く磁力線は、電離ガスを回転軸に沿って外側に吹き飛ばし、それを高速の双極ジェットにコリメートする。これらのジェットは周囲の媒体に衝撃を与えてハービッグ・ハロー天体として輝き、降着が放出する必要のある角運動量を運び去る。

Mechanisms

回転する落下物は円盤に落ち着き、そこで摩擦または磁気トルクが角運動量を外側に輸送し、ガスが内側に螺旋状に移動して星に降着することを可能にする。回転する円盤と星に固定された磁場は、この物質の一部を極に沿ってジェットに加速およびコリメートし、周囲のガスに突入して系から角運動量を取り除く。

Clinical relevance

原始惑星系円盤は惑星形成の場であるため、その構造、質量、寿命が惑星系構築の条件を決定する。ジェットとアウトフローは降着を制御し、エネルギーと運動量を星間雲に注入し、進行中の星形成の顕著な兆候となる。

History

若い星の周りの円盤は、赤外線過剰から推測され、後に直接画像化された。磁気回転不安定性は、1991年にバルブスとホーレーによって円盤乱流の可能性のある原因として特定され、ブランドフォード、ペインらによって開発された磁気遠心機構はジェットの放出を説明した。

Debates

円盤降着の主要な駆動力

降着が主に磁気回転不安定性による乱流によって支配されるのか、それとも角運動量を垂直方向に除去する磁化された円盤風によって支配されるのかは、特に不安定性が抑制される可能性のある電離度の低い領域では依然として議論の的となっている。

Key figures

• Frank Shu
• Steven Balbus
• John Hawley
• Roger Blandford

Seminal works

• frank2014
• shu1987

Frequently asked questions

なぜ若い星は球体ではなく円盤を形成するのか？

収縮するガスにはある程度の回転があり、内側に落下するにつれて角運動量保存により回転が加速される。ガスは回転軸に沿って自由に落下できるが、垂直面では回転によって支えられるため、平らな回転円盤に落ち着く。

ハービッグ・ハロー天体とは何か？

これらは、若い星からの高速ジェットが周囲の星間ガスに衝突し、それを加熱して輝かせるときに生成される明るい結び目と衝撃波面である。これらは星形成の初期段階に伴うアウトフローを追跡する。