Research Results 研究成果
リング模様が示す、まだ見ぬ惑星と塵が自ら集まる仕組み
太陽系の外側にあたる遠い場所でも惑星の材料が集まることを示唆
理学研究院
山口正行 特任助教
2026.10.15研究成果Physics & Chemistry
ポイント
- 生まれたばかりの星を取り巻くガスと塵の円盤（原始惑星系円盤、※1）には、明るいリングと暗い溝が交互に並ぶ模様がよく見つかる。しかし、この模様が何によって作られるのかはよく分かっていない。溝の数だけ惑星があると考えると、惑星の形成時間や軌道の安定性に無理が生じることが多い。
- おおかみ座の方向約500光年にある若い星V1094 Scoの円盤を調べた。アルマ望遠鏡（※2）の公開データに、日本発の超解像技術PRIISM（※3）を適用した。その結果、内側の二重の溝は隠れた低質量の惑星で説明できることを明らかにした。一方、外側の規則的なリングは、塵が自らの重力で集まる仕組み（永年重力不安定、※4）で説明できることを示した。
- 太陽と海王星の距離の数倍も遠い、冷たい場所でも惑星の材料が集まり得ることを示す成果である。円盤の模様の起源と惑星の誕生を結びつける基準天体として、今後の観測や理論研究の進展が期待される。
概要
太陽系のような惑星系は、生まれたばかりの星を取り巻くガスと塵の円盤（原始惑星系円盤）の中で誕生します。アルマ望遠鏡の観測により、こうした円盤には明るいリングと暗い溝が交互に並ぶ模様が数多く見つかってきました。しかし、この模様が何によって作られるのかは分かっていません。溝の一つひとつを惑星が掘ったと考えると、惑星ができるまでの時間や軌道の安定性の面で無理が生じることが多いのです。そのため、惑星に頼らない別の仕組みが求められていました。
本研究では、おおかみ座の方向約500光年にある若い星V1094 Scoの円盤に着目しました。そして、リングの起源が場所によって異なることを示しました。内側にある二重の溝は、地球の数十倍の質量を持つ惑星が一つあると考えると自然に説明できます。一方、外側に規則正しく並ぶリングは、塵が自らの重力で集まる「永年重力不安定」という仕組みで説明できることを示しました。
九州大学大学院理学研究院の山口正行特任助教（兼：国立天文台 特任助教）と町田正博教授は、国内外の研究者と共同で、この円盤を詳しく調べました。アルマ望遠鏡の公開データを一つに統合し、日本で開発された超解像技術PRIISMを適用したのです。その結果、中心の星から100〜230天文単位（※5）の範囲に四重のリングと溝を、これまでで最も鮮明に分解しました。この円盤は、近くの星形成領域で調べられているどの円盤よりも大きな円盤です。塵の円盤は太陽と海王星の距離の約13倍、ガスの円盤は約25倍にまで広がっています。さらに、円盤の表面をとらえた近赤外線の画像と比べました。すると、内側の二重の溝は、表面の溝と同じ位置にありました。一方、外側のリングには、表面に対応する構造がありませんでした。この違いが、内側と外側で異なる仕組みが働いていることを示す決め手となりました。
塵が自らの重力で集まる仕組みは、日本の研究者を中心に理論的に予言されてきました。しかし、実際の円盤でその条件が満たされるかを観測から定量的に調べた例はほとんどありませんでした。本研究は、太陽系の外側にあたる遠く冷たい場所でも、塵が自発的に集まって惑星の材料を準備し得ることを示しています。今後、この円盤に隠れているとみられる惑星の直接観測や、他の円盤への同様の解析が進むでしょう。それにより、惑星がどこでどのように生まれるのかの理解が深まることが期待されます。
本研究成果は、米国の天文学誌 The Astrophysical Journal に2026年7月29日（水）（現地時間）に掲載されました。
研究者からひとこと
V1094 Scoの円盤の想像図（イラスト：大学院理学府 地球惑星科学専攻 博士課程2年 Yurika Nakamura）
円盤に刻まれたリングは、すべて惑星が作ったものなのか。この素朴な問いに答えるため、公開データを日本発の超解像技術で徹底的に磨き上げました。その結果、リングの作り手は一つではなく、場所によって異なる可能性が見えてきました。とくに外側のリングを担うと考えられる、塵が自らの重力で集まる仕組みは、日本の理論研究が予言してきたものです。観測から得た温度や乱流の情報をもとに、実在の円盤でその条件が満たされ得ることを示せたのは、理論と観測をつなぐ一歩だと感じています。次は、この円盤に隠れているはずの惑星を直接とらえることが目標です。（山口正行）
用語解説
(※1) 原始惑星系円盤
・・・生まれたばかりの星を取り巻く、ガスと塵からなる円盤。この中で塵が集まって惑星が作られる、惑星誕生の現場です。
(※2) アルマ望遠鏡
・・・南米チリの標高約5000メートルの高原に建設された、66台のアンテナからなる巨大な電波望遠鏡。日本を含む国際協力で運用され、日本では国立天文台が担当しています。
(※3) PRIISM
・・・国立天文台と統計数理研究所で開発された、「スパースモデリング」という数理手法に基づく電波画像化ソフトウェア。従来の手法より細かい構造を描き出すことができます。
(※4) 永年重力不安定
・・・円盤の中の塵が、ガスとの摩擦を受けながら、自らの重力でゆっくりと集まっていく現象。乱流の弱い冷たい円盤で働き、塵をリング状に集めると理論的に予言されています。
(※5) 天文単位
・・・太陽と地球の平均距離（約1億5000万キロメートル）を1とする長さの単位。海王星は太陽から約30天文単位の距離にあります。
論文情報
掲載誌：The Astrophysical Journal
タイトル：A Hybrid Origin for the Multiple Ring-gap Structures in the Large Protoplanetary Disk V1094 Sco: A Low-mass Planet and Secular Gravitational Instability
著者名：Masayuki Yamaguchi, Masahiro N. Machida, Ryosuke T. Tominaga, Jinshi Sai, Takayuki Muto, Michihiro Takami, Hauyu Baobab Liu, Ayumu Shoshi, Takashi Tsukagoshi, and Shu Ishibashi
ＤＯＩ：10.3847/1538-4357/ae819b
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