[P-CG19] 宇宙における物質の形成と進化

[PCG19-07] ALMAによる原始惑星系円盤における一酸化炭素同位体組成の測定可能性

*吉田 有宏¹、野村 英子²、古家 健次²、塚越 崇² (1.京都大学理学部、2.国立天文台 科学研究部)

キーワード：原始惑星系円盤、アストロケミストリー、酸素同位体異常

隕石や太陽風、地球物質の測定から、太陽系には形成初期から酸素同位体異常があることが知られている。それらの物質は三酸素同位体図において傾きが1の直線上にあることから、質量に依存しない同位体分別効果を受けたと推定される。そのメカニズムとしては、太陽系母分子雲、あるいは原始太陽系円盤における一酸化炭素ガスの希少同位体（¹²C¹⁷O, ¹²C¹⁸O）の選択的光解離が理論的に提案されている。しかし、その観測的証拠は未だ不十分である。

一方、近年のアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計(ALMA)等の天文観測技術の発達により、太陽近傍の原始惑星系円盤を詳細に観測することが可能になった。仮に太陽系の酸素同位体不均一が太陽系形成時の分子雲ないしは原始太陽系星雲での現象に由来するのであれば、現在観測可能な原始惑星系円盤でも同様のメカニズムが働いていることが期待される。

本研究では、原始惑星系円盤における一酸化炭素の同位体組成を電波天文観測により直接的に測定する手法を考案した。原始惑星系円盤の一酸化炭素ガスは電波領域において輝線として観測されるが、¹²C¹⁶O, ¹³C¹⁶O輝線については、多くの場合線中心が光学的に厚いことから、それらの量を見積もることは難しい。しかし、輝線のすそには光学的に薄い部分が存在し、原理的には同位体の柱密度比を測定することができる。

我々はまず、典型的な原始惑星系円盤の物理・化学構造を、化学反応モデルも用いて計算し、次に1次元の輻射輸送計算を実行した。さらにALMA望遠鏡を用いた観測を想定し、観測シミュレーションを行った。その結果、原始惑星系円盤が観測者に対してEdge-onであるときには、15 au程度の高空間分解能かつ0.1 km/s程度の高速度分解能による観測で輝線の光学的に薄いすそを見ることができ、一酸化炭素ガスの同位体比に制限を与えられることがわかった。