星が誕生する領域の化学は複雑だ——3次元モデルが実像を捉える
星の誕生現場となるオリオン星雲の「オリオンバー」で、従来の1次元モデルでは説明できない複雑な化学構造が存在することが、新たな研究で明らかになった。デュースブルク・エッセン大学のブラント・ゲーシェス博士らが3次元の高解像度モデルを構築し、光解離領域（PDR）における分子水素と電離炭素がどのように共存しているかを初めて詳細に示した。
1次元モデルの限界と3次元への転換
星は巨大分子雲（GMC）と呼ばれる分子水素の巨大な塊の中で誕生する。若い星が形成されると、その放射が周囲のガスを加熱・拡散させ、これ以上の星形成を阻害する——このメカニズムは既に知られている。しかし星からのフィードバック効果がいかにして分子雲の構造と化学組成を変えるかについては、未解明の部分が多く残されていた。
ALMAとジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による観測で、オリオンバー内にある分子水素の光解離前線と、別の重要な層である電離炭素（C+）の再結合前線が重なり合っていることが発見された。従来の研究では、光解離領域の化学構造を1次元の層状モデルで表現していた。だが実際には層が複雑に重なり合っており、「既存のモデル手法は単純化された幾何学的仮定に基づいているため、観測される空間的な放射構造を再現するのに困難がある」とゲーシェス氏らは指摘する。
この研究は天文学誌『Astronomy and Astrophysics』に「Resolving dense photodissociation regions: The structure of photochemical fronts in three-dimensional gas distributions」として発表された。
オリオンバーから引き出された化学の新しい姿
オリオンバーが研究対象として優れているのは、地球からほぼ真横の角度で観測できる上、距離が約1,350光年と比較的近いためだ。ゲーシェス氏は「オリオンバーは光子支配領域を研究するための理想的な自然実験室であり、ほぼ真横から見ることで異なる化学層が特に区別しやすい」と述べている。
新モデルは「オリオンバーの類似体による初の完全3次元高解像度モデル」として、分子雲の複雑でゴツゴツした、時には乱雑な実像を捉えた。このモデルは、近傍の星から放たれる強烈な放射がいかに星形成領域を変化させるかを、これまで以上の詳細さで明らかにする。
特に重要なのは、分子水素と電離炭素が共存する領域だ。この重なり合いは「励起状態炭化水素化学」と呼ばれるプロセスを駆動し、通常は禁じられている化学経路が開かれる。結果としてメタン、アセチレン、多環芳香族炭化水素（PAH）といった化合物が生成される。これらは有機物の構成要素となり得る上、炭素の重要な貯蔵庫として機能する。
ゲーシェス氏は「ガスの3次元構造は決定的な違いを生む。それは影を作り出し、雲の一部を星からの強烈な放射から守る」と述べ、3次元モデルが「観測で見られる複雑な分子水素放射、特に弧状およびフィラメント状の特徴の形態を再現でき、その化学の物理的説明を提供する」と指摘している。
出典: Universe Today
