研究分野紹介
太陽系には、太陽、惑星、小惑星、衛星、彗星、太陽系外縁天体など多くの天体があります。 最近、太陽系の外にも惑星が数多く見つかり、系外惑星と呼ばれています。太陽系のような、 恒星と惑星などからなる惑星系は、宇宙に普遍的に存在すると考えられます。本研究分野では 惑星系がどのように形成されて、進化していくのかを明らかにすることを目標に、研究を進めています。
（注:「進化」とは、生物の進化と同様に時間とともに姿を変えていくことを表す用語です。）
研究方法と内容
惑星系がどのようにして生まれたのかを解明するためには、いろんな研究手段を用いる必要があります。本研究室では、物理学やコンピューターを用いた理論的研究、隕石や宇宙塵（ウチュウジン：宇宙から降ってくる微小な塵）の詳細な観察と分析による実験的研究など、さまざまな方法で研究を進めています。これらの方法で研究している教員や学生が互いに議論しあって、どのようにして惑星系が形成され進化するのかを明らかにしようとしています。
太陽のような恒星や、そのまわりを公転する惑星などの母体は、希薄なガスと塵からなる分子雲です。分子雲の中で密度が高い部分は分子雲コアと呼ばれています。分子雲コアが重力によって収縮すると、中心に太陽のような星と、そのまわりを公転する原始惑星系円盤が形成されます。
本研究分野では、分子雲コアから原始惑星系円盤を経て惑星が生まれる過程を理論モデルや太陽系物質の詳細な分析などで明らかにすることを目指しています。
原始惑星系円盤の大部分は、水素やヘリウムなどのガスです。そのなかに少量の岩石質の物質が微細な塵として浮遊しています。微細な塵が、互いに衝突付着したり、重力で集まったりという過程を何度も経て地球のような惑星にまで成長したと考えられています。 当研究分野では微細な塵がどのように集まって、天体ができたのかの理論モデルを構築しています。誕生したばかりの星や原始惑星系円盤は、濃いガスの中に存在するために直接観測することが困難です。そのため当研究分野では、数値シミュレーションを用いて星や原始惑星系円盤の形成や惑星の進化を調べています。
町田の研究
大規模数値シミュレーションを用いて、「初期宇宙での天体形成」、「星形成」、「惑星形成」、「衛星形成」、「宇宙ジェット」 の研究を行っている。下の図は、数値シミュレーションの結果を示している。左下の図は、原始惑星系円盤中で原始惑星にガスが流入する様子を表している。この後1万年程度で木星のようなガス惑星へと進化する。右下の図は、分子雲コア中で原始星が誕生して、その周りの円盤中で原始惑星が誕生している様子を表している。中心の原始星は、この後およそ1千万年で太陽のような主系列星へと進化する。円盤中の原始惑星のいくつかは中心の原始星に落下する。落下しなかった原始惑星が観測されるような惑星へと進化すると考えられる。
右の図は、宇宙初期に誕生した星(ファーストスター)からジェットが駆動している様子を表している。 宇宙初期に形成するダークマターハロー中でバリオン成分が凝集して中心部分にファーストスターが誕生する。 このとき、背景宇宙に僅かでも磁場が存在するとファーストスターは周囲に円盤を作ることなく、 磁場によって秒速100km/s以上の速度を持つジェットを駆動する。
中心の球状の部分が原始ファーストスター。水色の線は磁力線を表している。緑色の部分がジェットに対応する。 この後、時間と共に中心の星は100太陽質量程度まで成長する。最終的に、中心の星は超新星爆発を起こし、 中心に巨大なブラックホールが誕生すると考えられている。
