惑星誕生現場のリング模様が示す、まだ見ぬ惑星と塵が自ら集まる仕組み

【2026年10月22日 九州大学】

生まれたばかりの星を取り巻く原始惑星系円盤には、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いるが、その模様が作られる仕組みはわかっていない。それぞれの溝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ため、惑星に頼らない別の仕組みが求められていた。

アルマ望遠鏡がとらえた原始惑星系円盤の数々（各円盤の下には中心星の名前が示されている）（提供：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; N. Lira）

九州大学の山口正行さん（国立天文台兼任）と町田正博さんを中心とする研究チームは、複数のリングが見られる原始惑星系円盤を持つ星「さそり座V1094星（V1094 Sco）」に注目し、アルマ望遠鏡の複数年分の公開データを統合して円盤を詳しく解析した。V1094 Scoは約500光年彼方のおおかみ座分子雲の領域に含まれる、誕生から約200万年の若い星だ。

研究チームは日本で開発された超解像技術「PRIISM」を用いて、従来の約2倍の解像度を達成し、中心の星から100～230au（約150億～350億km）の範囲に存在する四重のリングと溝を鮮明に描き出した。また、塵の円盤が半径約380au（約570億km）、一酸化炭素分子の電波でとらえたガスの円盤が半径約760au（約1100億km）まで広がっていることも明らかになった。これ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いものだ。

アルマ望遠鏡がとらえたV1094 Scoの塵の円盤。波長1.3mmの電波で見た塵の分布。（左）天球面上の見え方、（右）円盤を真上から見た形に補正したもの（提供：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Yamaguchi et al.）

さらに、ガスが円盤全体で整然と回転していて、母体の雲からガスが降り積もる痕跡は見られないことも判明した。ガスの回転運動から、中心の星の質量が太陽の約0.88倍と精密に求められた。

円盤の明るさを中心からの距離に沿って調べると、内側（約100au）には2つの溝が近接して並ぶ特徴的な構造があり、その外側に規則的なリングが続いていた。この結果を、円盤の表面をとらえた近赤外線の画像と比較したところ、内側の溝では円盤の表面にも溝があること、外側のリングには表面に対応する構造がないことがわかった。また、リングの幅から、円盤の中の乱流が非常に弱いことがわかった。

これらの手がかりと理論を合わせて考えると、観測された溝の幅と深さの組み合わせは「惑星1つが溝1つを掘る」という描像では説明できないことが明らかになった。

一方、内側の構造は、地球の約55倍の質量を持つ惑星が1つあると考えると、乱流の弱い円盤で複数の溝が同時に作られる理論と整合する。また、外側の規則的なリングは、観測から求めた温度や乱流の弱さのもとで、塵が自らの重力で集まる現象（永年重力不安定）が働き得る条件を満たしていた。

この結果は、円盤の内側の構造は隠れた惑星、外側の構造は塵の自己重力によって作られるという、場所ごとに異なる起源を示唆しており、円盤の多重リングを無理なく説明できるものだ。ただし、内側の惑星は未発見なので、すばる望遠鏡などの観測で直接検出することが次の課題となる。

「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」（山口さん）。

V1094 Scoの円盤の想像図。中心の星の周りに幾重ものリングと溝が刻まれ、内側の二重の溝の間には、まだ見つかっていない低質量の惑星が描かれている。円盤を包む淡い広がりは、塵の円盤の外側まで広がるガスの円盤を表す（提供：九州大学 中村優梨佳）

塵の自己重力による仕組みは、リングを作るだけでなく、そこに集まった濃い塵が次の惑星の材料になる可能性を持っている。今回求められたリングの位置や乱流の強さは、その仕組みを数値シミュレーションで検証する際の重要な基準となる。今後、同じ解析を多くの円盤に広げることで、惑星がどこで、どのように生まれるのかという根源的な問いの理解が深まることが期待される。