このように原始惑星系円盤内の構造に着目し、観測と理論を組み合わせて原始惑星系円盤の物理状態を明らかにしようという本格的な研究は、今回が初めてです。コロナグラフのマスクで隠して観測しているので、黒く塗りつぶしてあります。そのほかの部分は、黒い部分が暗く、青から白の順に明るく光っている部分を示しています。図の右上には長さのスケールが示してあります。矢印で示すように、渦巻き状の構造がはっきりと見えています。(ラベル無し拡大図)。中で生まれると考えられています。円盤がどのような状態になっており、その中でどのようにして塵が集まって惑星となるのかという過程については分からない部分が多く、現在の宇宙物理学における大きな問題の一つとなっています。円盤の中に惑星ができても、そのままでは惑星が中心の星に向かって落下して星に呑みこまれてしまい生き残ることができないという困難が、理論的に予測されています。円盤状の天体にどのような波が立つのかということを記述する理論です。水面に波が立つように、円盤の形をした天体にも「密度波」が立ちます。銀河や土星の環については、それらの詳細な写真が撮られてきたため、円盤の構造を詳しく解析することによって、銀河の状態や、土星の衛星の存在などを調べることができていました。この密度波理論が原始惑星系円盤の性質の解明に有用であることは以前から期待されていました。実際に密度波理論を原始惑星系円盤の観測に応用することは、大変難しいことでした。中心にある明るい星からの光をできる限り抑えながらも、星にごく近い領域にある円盤からの光はできるだけ多く検出しなければならないからです。用いることで、原始惑星系円盤の詳細な構造を観測できるようになり、理論モデルと観測データを直接的かつ定量的に比較することが今回初めて可能となりました。マイクロメートルの近赤外線で観測しました。万年と考えられている若い星で、周囲に原始惑星系円盤を持っていることが今まで知られていました。観測できないような細かい構造であり、すばる望遠鏡でしかなし得ない発見です。程度であると推定しました。円盤が理論的に標準的と考えられているような円盤に近い姿をしているということを示唆しています。原始惑星系円盤について「密度波理論」を適用し、円盤の状態を「測定」したのは今回が初めてです。すばる望遠鏡に搭載された最新の装置によって、原始惑星系円盤の細かい構造が見えてきたことで、初めて理論モデルと観測データを直接比較できるようになったのです。円盤の詳細な構造の観測と円盤における力学の理論とを組み合わせた本研究は、星の周囲でどのようにして惑星ができたのかという大きな謎に迫るための新しい糸口を開いたと言えます。図2:図1の左側にあった渦巻き構造について、密度波理論によって計算される波の形と、実際の観測を重ねて比較したもの。図の赤い点線が、密度波理論によって計算された波の形を表しています。渦巻き構造が、密度波理論を用いて比較的良く説明できるということが分かります。この形を決めるのは円盤の回転の様子や温度の分布ですが、他の観測で示唆されているような円盤のモデルでこの構造を良く説明することができます。密度波理論を用いることによって、この構造がどのように将来にわたって変化していくのか、もし惑星があればどのあたりにありそうなのか、ということも分かります。(クレジット:国立天文台)将来の研究へのつながり密度波理論から分かることは円盤の温度だけではありません。年程度の間に観測されるかもしれない、ということも予測されます。渦巻き構造が惑星によって引き起こされたものだとすると、その惑星の質量はおよそ木星質量の半分程度である、ということが観測データと理論モデルの比較から示唆されます。この質量の惑星を直接撮影することは現在の技術では難しいですが、原始惑星系円盤の構造を詳しく観測することによって、円盤内に存在するかもしれない惑星の「影」を追うことができるのです。周囲の原始惑星系円盤の中に渦巻き構造が存在していることが明らかになりました。このような詳細な構造が観測されたことにより、原始惑星系円盤において、密度波理論と実際の観測を直接比較することが可能になりました。銀河や土星の環の研究では、その詳細な構造を観測で調べ、理論モデルと組み合わせることで、天体の構造や進化について理解が進んできました。今回の観測を皮切りに、原始惑星系円盤についても理論と観測がより強く連携しながら、惑星形成の過程の理解が深まっていくと期待されます。惑星の状況証拠を探すという観測も進んでいくでしょう。惑星が本当に存在しているのか、その直接的な証拠をより確かなものにしていくためには、今後もこの天体を様々な望遠鏡を用いて継続的に観測していく必要があります。2011年に観測を開始した大型電波望遠鏡「アルマ」を用いることで、形成中の惑星の存在を示唆する、より直接的な情報を得ることができるかもしれません。