惑星の誕生は時間との闘い——JWSTが明かした原始惑星円盤の消滅メカニズム
若い星を取り巻く原始惑星円盤（プロトプラネタリーディスク）が消滅するまでの時間は、惑星の形成に関わる種類によって大きく左右される。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の中赤外線装置（MIRI）で観測した72個の若い太陽型星系のデータから、この時間的な制約が惑星誕生の決定的な要因であることが判明した。
アリゾナ大学月惑星研究所のナマン・バジャイ氏が主著者となり、『The Astronomical Journal』に発表された研究「JWST/MIRI Reveals the Evolution from Molecular to Atomic Disk Winds」では、円盤のガスを除去する複数のメカニズムがいかに時間とともに変化するかを詳細に追跡した。
磁場とフォトエバポレーションの交代劇
原始惑星円盤からガスを除去する仕組みは大きく二種類に分かれる。一つは若い星の強力な磁場によって駆動されるジェットと風であり、もう一つはフォトエバポレーティブ風を含む原子風である。研究チームが発見した重要な点は、これら二つのメカニズムが時間とともに役割を交代させることだ。
形成初期の約100万年から1000万年の間、磁場から駆動されるジェットと風が円盤からのガス除去を主導する。この時期、若い星は非常に活発で、材料を自身に降着させている状態にある。星の回転軸に沿った整列されたジェット（コリメーション化されたジェット）は、ハービッグ・ハロー天体と呼ばれるガス領域を生成し、磁気流体力学的な円盤風が外側の円盤を高エネルギー光子から保護する役割を果たす。
一方、分子状水素（H2）は高温で解離する性質を利用して、ジェットと星から遠方の物質の追跡に用いられた。イオン化されたネオン（Ne）はフォトエバポレーティブ風を示す。イオン化されたネオンはその生成に紫外線およびX線の高エネルギー光子を必要とするため、フォトエバポレーションの明確な指標となる。
ガス消散がもたらす時間的制約
惑星形成研究に携わるセティ研究所のウマ・ゴルティ氏は、研究の意義について「大規模な若い星系のサンプル全体を通じて、円盤からガスを除去するメカニズムが時間とともに変化する仕組みを観察できることが重要だ」と述べた。
円盤消散は惑星形成の根本的なタイムキーパーとなる。ガスが失われてしまえば、ガスが豊富な巨大惑星の構築の機会は事実上終わる。太陽系が約45億年の成熟を遂げた現在、かつて周囲に存在した原始惑星円盤は消滅している。その円盤は塵の約100倍のガスを保有していたが、惑星形成に費やされたガスはわずかであり、大部分は単に散逸してしまった。円盤ガスがいつどのように消散したかを理解することは、特にガス巨星がいかにして形成されたかを解明するうえで不可欠である。
出典: Universe Today
