光蒸発のソースを表示

'''光蒸発'''<ref name="astroarts20061024"/><ref name="subaru20061023"/> (ひかりじょうはつ、{{lang-en-short|photoevaporation}}) は、高エネルギーの輻射がガスを電離し、電離源から離れて散逸させる過程のことを指す。これは典型的には、高温の[[恒星]]からの[[紫外線]][[電磁放射線|放射]]が、[[分子雲]]や[[原始惑星系円盤]]、惑星[[大気圏|大気]]に作用することによって発生する<ref name="Mellema1998"/><ref name="OwenErcolano2011"/><ref name="WuLithwick2013"/>。

== 分子雲 ==
[[File:Eagle nebula pillars.jpg|thumb|right|upright=1.0|[[わし星雲]]の「創造の柱」も光蒸発を起こしている。]]
天体物理学における光蒸発の最も明白な兆候の一つは、明るい恒星がその内部で生まれる際の分子雲の侵食構造に見られる<ref name="HesterScowen1996"/>。[[ハッブル宇宙望遠鏡]]を用いた[[わし星雲]]の[[HII領域]]の観測では、高密度な分子雲とHII領域の境界における形態や成層した電離構造は、光蒸発によって駆動される流れの[[光イオン化|光電離]]の観点からよく説明されることが分かっている<ref name="HesterScowen1996"/>。

== 蒸発するガス状グロビュール ==
{{main|:en:Evaporating gaseous globule}}
蒸発するガス状グロビュール<ref name="astroarts20070220"/><ref name="astroarts20120118"/> ({{lang-en-short|Evaporating gaseous globules, EGGs}}) は[[わし星雲]]で初めて発見された。これらの小さい彗星のような形状の[[ボック・グロビュール|グロビュール]]は近傍の星団中の恒星による光蒸発を起こしている。EGGs は星形成がまさに進行している場所である<ref name="HesterScowen1996"/>。

== 惑星と大気 ==
[[惑星]]は、自身の大気やその一部を高エネルギーの[[光子]]やその他の電磁放射によって剥ぎ取られる場合がある。光子が大気中の[[分子]]と相互作用を起こすと、分子は加速され大気の温度は上昇する。もし十分なエネルギーが供給された場合、分子や[[原子]]は惑星の[[脱出速度]]に到達し、宇宙空間へ「蒸発」しうる。[[質量数]]の小さいガスであればあるほど、光子との相互作用によって高速に加速される。したがって[[水素]]はもっとも光蒸発による影響を受けやすい気体である。

[[大気散逸]]を起こしている[[太陽系外惑星]]の例として、[[オシリス (惑星)|HD 209458 b]]<ref name="EhrenreichLecavelier des Etangs2008"/>、[[HD 189733 b]]<ref name="Lecavelier des EtangsEhrenreich2010"/>、[[GJ 3470 b]]<ref name="BourrierLecavelier des Etangs2018"/><ref name="PalleNortmann2020"/><ref name="NinanStefansson2020"/>などがある。また、白色矮星 {{仮リンク|WD J0914+1914|en|WD J0914+1914}} を公転していると思われる蒸発中の惑星からの物質は、白色矮星の周りのガス円盤の成因となっている可能性が指摘されている<ref name="GänsickeSchreiber2019"/>。

== 原始惑星系円盤 ==
[[Image:Sig06-023.jpg|thumb|left|upright=1.2|近傍にO型星が存在することによって光蒸発が発生している原始惑星系円盤]]
[[原始惑星系円盤]]は、[[恒星風]]、および入射する電磁放射による加熱によって散逸しうる。輻射は円盤中の物質と相互作用して外向きに加速する。この影響は、近傍に[[O型主系列星|O型星]]や[[B型主系列星|B型星]]があったり、円盤の中心にある[[原始星]]が[[核融合反応]]を開始するなどして、十分な輻射強度がある場合のみ顕著となる。

円盤はガスと[[宇宙塵|塵]]からできている。[[水素]]や[[ヘリウム]]のような軽い元素が大部分を占めるガス成分が主に光蒸発の影響を受けて散逸し、円盤における塵とガスの存在比率が上昇する。光蒸発は、原始惑星系円盤の進化に影響を及ぼす過程の一つである<ref name="WilliamsCieza2011"/>。

中心の恒星からの輻射は[[降着円盤]]の粒子を[[励起状態|励起]]する。円盤の照射は、重力半径 (<math>r_g</math>) として知られている安定性の長さスケールを生じさせる。重力半径の外側では、粒子は円盤の重力から脱出するのに十分な程に励起され、円盤から蒸発する。10<sup>6</sup> – 10<sup>7</sup> 年経過すると、重力半径における粘性降着率は光蒸発による質量損失率を下回る。そうなると重力半径の周辺で円盤にギャップが形成され、内側円盤は中心星へと降着するか、もしくは重力半径へと拡散して蒸発する。こうして、重力半径まで広がる円盤内側の空洞が形成される。一度円盤内側の空洞が形成されると、外側円盤は非常に急速に消失する。

円盤の重力半径は以下の式で表される<ref name="Liffman2013"/>。
:<math> r_g = \frac{\left(\gamma - 1\right)}{2\gamma}\frac{GM\mu}{k_B T}
\approx 2.15 \frac{\left(M/M_\odot\right)}{\left(T/10^4 \ {\rm K} \right)} \ {\rm au}\!</math>
ここで、<math>\gamma</math> は[[比熱比]] ([[単原子分子]]ガスの場合 5/3)、<math>G</math> は[[万有引力定数]]、<math>M</math> は中心星の質量、<math>M_\odot</math> は[[太陽質量]]、<math>\mu</math> はガスの平均分子量、<math>k_B</math> は[[ボルツマン定数]]、<math>T</math> はガスの[[温度]]、au は[[天文単位]]である。

この効果のため、星形成領域における大質量星の存在は[[若い星状天体]]の周りの円盤における惑星形成に大きな影響を及ぼすと考えられるが、これが惑星形成の効率を減速するものなのか、あるいは加速するものなのかははっきりとしていない。

=== 光蒸発を起こしている円盤の観測例 ===
光蒸発にさらされている原始惑星系円盤が存在する有名な領域は[[オリオン大星雲]]である。これらは明るい [[:en:Proplyd|proplyd]] と呼ばれ、この用語は原始惑星系円盤の光蒸発を記述するために別の領域でも用いられた。これらは[[ハッブル宇宙望遠鏡]]によって発見された<ref name="O'dellWen1993"/>。オリオン大星雲の中には、[[トラペジウム]]の一員であるオリオン座&theta;<sup>1</sup> C によって光蒸発を起こしている[[惑星質量天体]]も存在する可能性がある<ref name="FangKim2016"/>。この発見以降、ハッブル宇宙望遠鏡によるその他の若い[[星団]]の観測も行われ、[[干潟星雲]]<ref name="StecklumHenning1998"/>、[[三裂星雲]]<ref name="Yusef-ZadehBiretta2005"/>、[[NGC 6357]]<ref name="Fangvan Boekel2012"/>、{{仮リンク|NGC 1977|en|Sh2-279}}<ref name="KimClarke2016"/> において明るい光蒸発中の原始惑星系円盤が発見されている。

[[スピッツァー宇宙望遠鏡]]の打ち上げ後は、さらなる観測によって [[NGC 2244]] や[[象の鼻星雲]]<ref name="natiogeo20130730"/>、[[NGC 2264]] にある若い星団中の天体の周囲に、塵を含む彗星の尾のような構造があることが明らかになっている。これらの構造も原始惑星系円盤の光蒸発によって説明できる<ref name="BalogRieke2006"/>。また、後に [[:en:Westerhout 5|Westerhout 5]] という星雲中にも同様の彗星の尾状の構造がスピッツァー宇宙望遠鏡の観測によって発見された。この研究では、尾の寿命は500万年かそれ未満であろうと結論付けられている<ref name="KoenigAllen2008"/>。同じ構造は NGC 1977 や<ref name="KimClarke2016"/> [[NGC 6193]]<ref name="Skinner"/>、[[:en:Lambda Orionis Cluster|コリンダー69]]星団<ref name="ThévenotDoll2019"/>でも発見されている。

その他の明るい proplyd の候補天体は、[[セロ・トロロ汎米天文台]]の 4 m 望遠鏡を用いた観測で[[イータカリーナ星雲]]中に、また[[超大型干渉電波望遠鏡群|VLA]]を用いた観測で[[いて座A*]]の近傍に発見されている<ref name="SmithBally2003"/><ref name="Yusef-ZadehRoberts2015"/>。ハッブル宇宙望遠鏡を用いたイータカリーナ星雲中の候補天体の追加観測では、この天体は蒸発するガス状グロビュールであることが明らかにされている<ref name="SahaiGüsten2012"/>。

{{仮リンク|NGC 3603|en|NGC 3603}} 中の天体は、オリオン大星雲で発見されている明るい proplyd の中間質量版である可能性が提唱されており、後に{{仮リンク|はくちょう座OB2星団|en|Cygnus OB2}}も同様であることが提唱された<ref name="BrandnerGrebel2000"/><ref name="WrightDrake2012"/>。

== 出典 ==
{{Reflist|2|refs=
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<ref name="subaru20061023">{{Cite web|和書| url = https://subarutelescope.org/old/Pressrelease/2006/10/23/j_index.html | title = 観測成果 - 見えた 原始惑星系ガス円盤の内壁～円盤消失のメカニズムに迫る～ - すばる望遠鏡 | author = | authorlink = | coauthors = | date = 2006-10-34 | format = | work = すばる望遠鏡 | publisher = [[国立天文台]] | pages = | language = | archiveurl = | archivedate = | quote = | accessdate = 2021-04-12}}</ref>

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<ref name="BalogRieke2006">{{cite journal |last1=Balog |first1=Zoltan |last2=Rieke |first2=G. H. |last3=Su |first3=Kate Y. L. |last4=Muzerolle |first4=James |last5=Young |first5=Erick T. |date=2006-09-25 |title=SpitzerMIPS 24 μm Detection of Photoevaporating Protoplanetary Disks |journal=The Astrophysical Journal |language=en |volume=650 |issue=1 |pages=L83–L86 |doi=10.1086/508707 |issn=0004-637X |bibcode=2006ApJ...650L..83B |arxiv=astro-ph/0608630 |s2cid=18397282}}</ref>

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<ref name="ThévenotDoll2019">{{cite journal |last1=Thévenot |first1=Melina |last2=Doll |first2=Katharina |last3=Durantini Luca |first3=Hugo A. |date=2019-07-15 |title=Photoevaporation of Two Proplyds in the Star Cluster Collinder 69 Discovered with Spitzer MIPS |journal=Research Notes of the AAS |language=en |volume=3 |issue=7 |pages=95 |doi=10.3847/2515-5172/ab30c5 |issn=2515-5172 |bibcode=2019RNAAS...3...95T}}</ref>

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<ref name="WrightDrake2012">{{cite journal |last1=Wright |first1=Nicholas J. |last2=Drake |first2=Jeremy J. |last3=Drew |first3=Janet E. |last4=Guarcello |first4=Mario G. |last5=Gutermuth |first5=Robert A. |last6=Hora |first6=Joseph L. |last7=Kraemer |first7=Kathleen E. |date=2012-02-01 |journal=The Astrophysical Journal |language=en |volume=746 |issue=2 |pages=L21 |doi=10.1088/2041-8205/746/2/l21 |issn=2041-8205 |title=Photoevaporating Proplyd-Like Objects in Cygnus Ob2 |bibcode=2012ApJ...746L..21W |arxiv=1201.2404 |s2cid=16509383}}</ref>
}}

== 関連項目 ==
* [[星形成]]
* [[分子雲]]
* [[太陽系の形成と進化]]
* [[大気散逸]]

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[[Category:天文学]]
[[Category:惑星科学]]
[[Category:天文学に関する記事]]