天文学者、局所星間物質の温度相の初の3Dマップを作成
星々の間の空間は空ではない。それは動的で多相的な媒体であり、ガスは温暖な拡散雲と寒冷な高密度の苗床の間を循環し、未来の星々の種は天文学者がようやく三次元でマッピングし始めた力によって形成されている。
ジョナサン・シェレストとシュムエル・ビアリー率いるチームは、太陽を中心とした直径1キロパーセク（3,260光年）の領域をカバーする、局所星間物質（ISM）の熱相の初の三次元再構築を実現した。P3Dと呼ばれるこのツールは、2パーセクのグリッドでISMをサンプリングし、ダスト減光、星間遠紫外線放射、および中性ISM熱化学モデルの高解像度3Dマップを組み合わせている。
Nature Astronomyに提出されたこの研究は、長年にわたり標準モデルとして機能してきた単純な高温・低温二分法よりもはるかに複雑な像を明らかにしている。
多相的な構造
この再構築は、熱的に不安定なエンベロープに囲まれた寒冷中性雲が、広範な温暖中性媒体の中に埋め込まれていることを示している。銀河面から150パーセク（490光年）以内では、ダストで検出された中性質量の約41%が熱的に不安定であり、温度と密度の条件によって急速に相転移できることを意味している。
この不安定性は、局所ISMが約290万年から600万年のタイムスケールで温暖状態と寒冷状態の間を循環していることを示唆しており、銀河的には瞬きほどの時間である。この循環は、冷却、乱流、および近隣の星々からの紫外線照射の組み合わせによって駆動されている。
星形成モデルへの挑戦
最も驚くべき発見の一つは、寒冷相が著しく狭い密度分布を持ち、内部マッハ数がせいぜい遷音速であること、つまり寒冷雲内のガス運動が音速を超えず、マッハ数が1.5未満であることだ。
この結果は、超音速乱流が分子雲の構造を支配する単一相の強超音速寒冷ガス密度場を仮定する星形成モデルに挑戦を突きつける。太陽近傍の寒冷ISMがわずかに乱流的であるにすぎない場合、ガスが星へと崩壊する方法のモデルは修正が必要になるかもしれない。
不可視のものをマッピングする
星間物質は数十年にわたり、21センチメートル電波観測を通じて統計的に研究され、大きな体積で平均化された中性ガス相の像を提供してきた。P3Dが追加するのは空間構造、すなわち雲、エンベロープ、およびそれらの間の温暖媒体の実際の三次元構造である。
この再構築は、マッピングされた領域の周囲に非対称で低表面輝度の特徴を明らかにしており、これらはより広範な銀河環境の擾乱と空間的に相関している。これは、局所ISM、すなわち太陽系を直接取り巻く宇宙の泡でさえ、はるか彼方で起きている出来事によって形成されていることを示唆している。
P3Dツールとデータは広範な天文学コミュニティが利用可能であり、銀河の他の近傍領域の同等の再構築への道を開いている。シェレストとビアリーが指摘するように、ガスがどこでどのように相間を循環するかを理解することは、星がどこでどのように生まれるかを理解するために不可欠である。
雅子 訳