The formation of a Keplerian disk around a

late-stage protostar

麻生有佑 , 小屋松進 ( 東大 ), 大橋永芳 , 西合一矢 ( 国立天文台 ), Hsi-Wei Yen, 高桑繁久 ( 台湾中央研究院 ), 相川祐理 ( 神戸大学 ), 富阪幸治 , 斉藤正雄 , 林正彦 ( 国立天文台 ), 町田正博 ( 九州大学 ), 富田賢吾 ( フリンストン大学 )

1. 導入 –星形成

原始星 ( 〜 0.3 Myr) – インフォール

古典的 T タウリ型星 ( 〜 3 Myr) – ケプラー回転

WTTS (30 Myr) 　 – デブリ円盤Andre 2002

？ 運動の遷移が予想されるが、遷移天体の決定的な例はない。

D(pc)

i(deg)

Vsys (km/s)

Lbol

(L)Tbol

(K)Class

140 40-68

6.4-6.6

2.4-2.7

118-172

I

R.A.(J2000) Dec(J2000)

4h39m38.87s 25°41’44.4”

Ohashi et al. 1997b, Chandler et al.1996, Kristensen et al. 2012, Yen et al. 2013

1. 導入 – 天体と目的

Taurus 分子雲にある TMC-1A 。

原始星として後期段階にあり、 原始惑星系円盤が形成されている。

1. 導入 –過去の研究アウトフローPA=–10°, i=40-68° (i=0° が pole-on)Chandler et al. (1996) インフォールが調べやすい。

比角運動量 j = 2.5×10–3 km/s pc @ 580 AUOhashi et al. (1997b)

回転則 p = –0.62 (R=100-1000 AU)Yen et al. (2013) ケプラー円盤 (?)

2. 観測

Δν Beam Size σ(mJy/beam)

continuum 94.0 MHz 1.0”×0.87” (+0.87°)

0.96

C18O J=2–1 0.17 km/s

1.1”×0.90” (–176°)

7.1

SO JN=65–54 0.17 km/s

1.1”×0.90” (–2.3°)

6.6

CO J=2–1 0.16 km/s

1.0”×0.90” (–178°)

20

Atacama Large Millimeter/submilleleter Array (ALMA) (2012 年 11 月 6 日 )

キャリブレーター： J0522-364 (passband), Callisto (flux), J0510+180 (gain)

データ解析： CASA, MIRIAD

3. 結果 --- 連続波

ピーク : 148.5±2.2 mJy/beamフラックス : 182.1±2.7 mJy

大きさと傾き :0.50”×0.37” (73 deg)(deconvolved size)

連続波のピーク位置を星の位置、傾きを円盤の長軸とする。( 白破線 )

TMC-1A225GHz continuum

3. 結果 ---mom 0 & 1

TMC1AC18O mom 0&1

ピーク： 0.84±0.08 Jy/beam km/sフラックス： 7.2±0.7 Jy km/s

大きさと向き：3.3”×2.2” (67deg)

長軸とアウトフローに沿った速度勾配がある。

Mgas=(3.0±0.3)×10–3 M

(T=28 K, Brown&Chandler 1999XC18O=3.0×10–7)

3. 結果 ---C18O J=2–1

TMC-1AC18O high velocity

TMC-1AC18O low velocity

高速度成分はコンパクトで、低速度成分は広がっている。 高速度と低速度で速度勾配の方向が変わっている。

ΔV>1.5 km/s 　　　　　　　　　　　 1.0 km/s>ΔV

3. 結果 ---C18O J=2–1

TMC-1AC18O PV (Major)

TMC-1AC18O PV (minor)

長軸・短軸ともに中心ほど高速度になっている。

インフォール速度は 1M の自由落下より遅い。

実線は 1M のケプラーと free-fall

3. 結果 ---C18O J=2–1TMC1AC18O channel maps

高速度ではコンパクトで、勾配はほぼ東西。

低速度では広がっていて、勾配は北東 -南西。

　　　　　　　　　　　　　　↓全てのチャネルを比べて速度勾配を調べられないか？

4. 議論 ---

TMC1AC18O mean positions チャネル毎に輝度で重

みを付けて、重心を探す。

重心の軌道は S 字に曲がっている。

長軸に乗っている部分と離れて行く部分に分けられる。内側 pure rotation外側 rotation + infall

4. 議論 –––モデルフィット

pure rotation 部分をケプラー回転と仮定し、モデルフィットを行った。 LTE 静水圧平行 ケプラー回転 3D + 速度 ( 周波数 ) 輻射輸送 面密度・温度分布

※ i=50° は固定

TMC1AC18O model & observation

高速度は残差が少ない。ベストフィット χν

2 = 7.5 @M* = 1.0M, Mdisk=0.06M, Rc = 77 AU, γ=0.76, T100 = 108 q=0.20

→ M* = 1.0±0.1 M 以降この M* を用いる。

4. 議論 –––モデルフィット

TMC1AC18O PV (Major)

4. 議論 ––– PV 図 ( 長軸 )

重心が長軸に乗っている R 〜70 AU の内外でベキを変えてフィット

　　　内側： p=0.54±0.05　　　外側： p=0.90±0.07

外側では比角運動量を保存していることを示唆している。

TMC1AC18O PV (minor) 短軸方向の PV 図には、高速度

で回転成分が見えてしまっている。

R が大きいところで質量降着率を見積もる。

Vinf 〜 1.0 km/s @ R=300 AUtdyn = 1500 yrMdot = Mgas/tdyn = 2.0×10–6 M/yr

(C18O mom0Mgas=3.0×10–3 M)

4. 議論 ––– PV 図 ( 短軸 )

4. 議論 –––重心の位置

ケプラー回転だけでは重心の S 字は現れない。

遠心半径 (Rcent) を変えて、 Vr(R) を加える。( 速度方向にも合わせるので R-V の関係を考える )

赤：観測青：ケプラーのみモデル

4. 議論 –––重心の位置

図は Rcent = 200 AU の場合 長軸から離れ始める半径で、 R-V の関係も変わる。→ このままでは S 字と R-V の関係を同時に再現できない。

赤：観測青： Rcent=200AU モデル

点線は 60AU

4. 議論 –––重心の位置

たとえば、インフォールを小さく設定すれば合う。( 上の図は Rcent=130 AU, インフォールを半分にした ) 観測結果でもインフォールは free fall より遅かった。

赤：観測青： Vr 半分モデル

4. 議論 –––比角運動量

M* = 1.0 M と Rcent = 130 AU から比角運動量 j を見積もる。

j = √GM*Rcent

= 1.7×10–3 km/s pc

(cf. 2.5×10–3 km/s pc @ 580 AU)

Class I と II の間に相当する比角運動量を持っている。

Yen et al. 2011

5. まとめ と これから

まとめ TMC1A の円盤の中心付近はケプラー回転している。 外側にはインフォール +R^(–1) 回転が見られる。 インフォールは中心星質量に対して遅い。 j=2.5×10–3 km/s pc (Class I と II の

間 ) 、 Mdot=2.0×10–6 M/yr (Class 0 程度 )

これから インフォール ( エンベロープ ) を含んだモデルでの

フィッティング。 インフォールで S 字が現れることの解析的な説明。