第7講原始惑星系円盤 PDR 超新星残骸

2015/9/7
第7講
原始惑星系円盤
PDR
超新星残骸
Ken Tatematsu
地球型惑星, ガス惑星 , 氷惑星
1
2015/9/7
太陽系形成の「京
都モデル」
（林忠四郎ほか）
2
2015/9/7
Jupiter‐like gas giants
Disk
Mass
Terrestrial
Ice giants
Distance from a star
6
© Eiichiro Kokubo
3
2015/9/7
• Oligarchic Growth of Protoplanets
Jupiter‐like gas giants
Disk
Mass
Terrestrial
Ice giant
Distance from a star
7
© Eiichiro Kokubo
Chemical Structure of Young Disks
Optical,
UV,X-rays
dust & gas
outer disk
heating
CN, C2H
surface
HCN, H2CO
H3+, H2D+, midplane
etc.
inner disk
hot (>100K)
H2O CH3OH
dust
H2S
outer disk
near midplane O H
CO
cold, dense S
(~10K, >107cm -3)
dust
(e.g., Aikawa et al. 2002, Markwick et al. 2002, Bergin et al. 2007)
PPT by Eiko Nomura
8
4
2015/9/7
系外惑星の発見我々の太陽系は普通
ではないかも？
系外惑星の検出方法
青：ドップラー法、緑：トランジット法、赤：直接撮像、茶：マイクロレンズ法
5
2015/9/7
Hot Jupiter （灼熱の木星）
Planetary system formation
G. Bryden et al. 1999
Silhouette disk against Orion with Hubble ©STScI
12
6
2015/9/7
Planetary regions, nearby
disks
Mplanet / Mstar = 0.5 MJup / 1 Msun
50 pc
Orbital radius: 5 AU
Disk mass as in the circumstellar disk around the Butterfly Star in Taurus
(ALMA: 10km, tint=8h, 30º phase noise)
Wolf & D’Angelo (2005) ApJ 619, 1114
100 pc
13
原始惑星系円盤
• 惑星形成の初期条件
– 内側の端、外側の端Inner edge, outer edge
– 半径方向の質量分布(radial) mass distribution
– 半径方向のガス・ダスト比分布(radial) gas/dust
ratio
– 半径方向の温度分布(radial) temperature
distribution
– 運動Kinematics: 回転などrotation, etc
• 多様性に富む系外惑星との関係Relationship
with a variety of exo-planets
14
7
2015/9/7
Fomalhaut
(Main‐Sequence star with a debris disk at 7.7 pc from us)
• 350GHz Thermal Dust Emission with ALMA
– R=140 AU with 13‐19 AU width
• Optical scattered light with Hubble
• Boley et al., ApJ 750, L21 (Cycle 0)
October 2012
15
Fomalhaut (Main‐Sequence star with a debris disk)
• Analogy to Uranus’s  ring (Goldreich & Tremaine 1979)
– Confinement by angular momentum exchange between ring particles and “shepherd planets”
8
2015/9/7
Young Star HD142527 (Herbig AeBe)
Casassus et al. 2013, Nature (Cycle 0)
• Red=dust, Blue=CO, Green=HCO+
CO 4‐3
HCO+ 4‐3
Distance=140 pc, 1 arcsec=140AU 天文単位
9
2015/9/7
HD 142527 with ALMA
Fukagawa et al. red: dust green: gas
blue: Subaru
Sanchez‐Monge et al. 2013 (Cycle 0)
Massive Star Forming Region G35.20–0.74 N
Distance=2.2kpc, 1 arcsec=2200AU
10
2015/9/7
2500AU and 3Mo Keplerian disk around 18Mo binary
Distance=2.2kpc, 1 arcsec=2200AU
Discovery of “Snow Line” in a protoplanetary disk
• N2H+ image toward TW Hya
• Chunhua Qi et al. "Imaging of the CO Snow Line in a Solar Nebula Analog"
11
2015/9/7
Ohashi+97 ApJ 488, 317
12
2015/9/7
宇宙の輪廻
光解離領域 (PDR)
• 大質量星からの紫外線でおこる分子雲表面の現
象
13
2015/9/7
PDR
PDR
• Orion n = 2.3 x 10^5 /cm^3,
• G0 = 10^5
14
2015/9/7
van der Wiel et al. (2009)
星の死：超新星爆発
• 恒星の寿命～恒星の質量／光度
• 重たい星ほど寿命が短い
• 一部の恒星は超新星爆発で一生を終わる
– Ｉ型超新星：水素のバルマー線がないか非常に弱
い。絶対等級‐19等に達する。連星系の白色矮星
に質量降着？
– ＩＩ型超新星：バルマー線あり。絶対等級‐17.7。大
質量星>8Moの爆発→中性子星やＢＨ。
15
2015/9/7
超新星残骸SNR
• 自由膨張期
– 衝撃波の速度一定2E104 km/s、dM/dt=1E‐5 to 1E‐4Mo/yr。60年ぐらい継続
• Sedov相（断熱相）
– SNRのエネルギー一定
• 輻射相（雪かき相）
– SNRの運動量一定
• 晩期
SNRの例：白鳥座ループ 104‐105 yrs
16
2015/9/7
SNRの例：かに星雲 1054年のSN
SNRからのX線・ガンマ線
17
2015/9/7
自由膨張期
• Ejecta Me ~ 10 Moとして、Meが星間物質（平
均密度0）がかき集められた量Mよりずっと
多いうち。Me>>M=4p/3 0 (vt)3
• t=60 yrs
Sedov相
• エネルギー一定←輻射によるエネルギー散
逸が顕著でない。
• E0=1051 erg, v=r/tと近似して
• E01/2 Mv2 , M=4/3 0 r3
• r = 2(E0/ 0 )1/5 t 2/5, v=2/5 r/t
18
2015/9/7
輻射相（雪かき相） 104‐106 yrs
•
•
•
•
•
•
エネルギーは一定でない、輻射による散逸
輻射相の初期v=200 km/s
運動量Mv一定
Mv=4/3 0 r3 v＝一定
v=r/tと近似して、r4/t＝一定
r ∝t1/4, v ∝ t ‐3/4
晩期 t ～106 yrs
• 速度減少、星間乱流1‐10km/sと同程度になり
散逸
• 輻射相：v初期=200 km/s, v ∝ t ‐3/4
• V=3 km/sになるのは、t=3E6 yrs
19
2015/9/7
衝撃波領域：超新星残骸による分子
雲への影響
• サブミリ波high‐J分子輝線によるミリ波では達
成できない高感度のショックガス探査
– high‐J分子輝線は高温(>30 K)高密度(n=1E4‐5)の
ショックガスに敏感
• サブミリ波中性炭素原子(CI)による衝撃波領
域の化学
W28 observed with
Nobeyama 45m and JCMT
• Arikawa, Tatematsu, Sekimoto, Takahashi
1999 , PASJ 51, L7
20
2015/9/7
W28 SNR
Arikawa, Tatematsu, et al. 1999 PASJ 51, L7
• Good correlation
– radio continuum
– CO (3-2)
• Displacement 0.4-1pc
– unshocked gas
– shocked gas
W28 in CO (3‐2)
P‐V diagram
• Arikawa, Tatematsu, Sekimoto, Takahashi 1999 , PASJ 51, L7
• 1720‐MHz OH maser by Claussen et al. (1997)
21
2015/9/7
宇宙の輪廻
22

Download Report