連星系の形成

星は、宇宙を漂うガスの雲が自らの重力で収縮することで生まれます。回転するガスの雲からは、互いの周りを回る連星系が生まれると考えられます。ガスの雲から、星の元となるガスの塊が形成されてゆく様子を紹介します。

ゆっくりと回転しているガスの雲が収縮を始めて、やがて中心部に特に濃い領域が生まれました。ここでは、ある程度計算が進んで、中心に濃い領域ができた状態から映像化しています。
最初は、時間を固定したままカメラを一周させて、様子を見ています。
回転の成分を持っている為に、対称形ではなく少し引き伸ばされた棒状になっています。
時間の進みを再開させました。物が集まってくると中心付近の重力が強くなり、それに釣り合うように回転も速くなります。ガスは渦を巻くようにして中心に落ち込んでゆきます。何箇所かガスの濃い塊ができているのが見えます。
こうした塊は、互いに重力で引き合っていますが、回転の遠心力があるために1つにまとまることが出来ません。ガスが収縮してから2000年ほどもすると、塊が2つになりました。
2つの塊が出来た状態で、時間を止めて、カメラを一周させています。
この2つのガスの塊が、それぞれさらに収縮をして、やがて自ら輝きだして、星になると、連星系の誕生です。
解説ナレーション付映像(ストリーミング配信)NEW!!
映像本体部分ダウンロード

640x480, Windows Media Video 形式

4d2uBinaryFormation640x480.zip ( zip 書庫 : 11333 KB)

数値計算の詳細

基本となるモデルA rotating Bonnor-Ebert cloud
計算目的重力収縮する分子雲コアにおける連星系形成
計算モデル計算手法:
Nested grid 法、Roe 法、multigrid 法
計算に使用したメッシュ数:
256×256×32 格子を15レベル重ねた
初期条件:
臨界 Bonnor-Ebert 雲に10%密度を増加し、回転運動を与え、微小ゆらぎを加える
境界条件:固定境界条件
使用した計算機VPP5000
現象の時間スケール~106
現象の空間スケール0.14 pc - 1 AU
数値計算を行った人松本倫明(法政大学)、花輪知幸(千葉大学)
参考 Reference Matsumoto & Hanawa, 2003, ApJ, 595, 913
Matsumoto & Hanawa, 2003, ApJ, 583, 296

映像化の詳細

このシミュレーションは、本来は非常に大きなガスの雲から星への収縮を計算したもので、今回映像化したシミュレーション領域の外でも、ガスの運動の計算がされています。上の数値計算の詳細にあるように、15段階もの入れ子状の計算がされているのです。今回は、そのもっとも中心部分のシミュレーションを映像化しました。そのため、映像上ではシミュレーション領域の外からガスが流入しているように見えています。
本来ならば、階層の全てを映像化したいところですが、今回映像製作用に出力されたデータは、そのもっとも中心部の計算のもののみです。

この映像化は、POV-Rayという有名なフリーウェアで行われました。レイトレース法という、精密な手法で描画しているので、ガスの運動などを美しく映像化できています。しかし、その代償として描画が非常に大変で、今回の映像を製作するために、最終のレンダリングでは4台のPCを用いて1週間以上かかっています(!)。これはもちろん、半透明なガスのボリュームレンダリングであることと、シミュレーションのデーターが細かいことからきたもので、通常のCG製作はそこまで時間はかからないのですが。(追記:このころの時代に比べると、パソコンの計算速度は5〜6倍になっています。この解像度であればだいぶ楽な時代になりました)

映像クレジット

  • シミュレーション:松本倫明、花輪知幸
  • 可視化:武田隆顕、額谷宙彦
  • 国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト

解説ナレーションクレジット

  • 作曲:宮木朝子
  • ナレーション:浅倉杏美
  • レコーディング:前島慶太(Space Creators Alliance Inc.)
  • シナリオ:岩下由美

リリース情報

現在公開している映像は、連星系の形成(POV-Ray版) Ver1.0です。 映像化の技法が更新されたり、新しいシミュレーションの結果などを映像化して公開するときには、随時バージョンを上げていく予定です。

  • 2009.10 ナレーション付き映像ストリーミング開始
  • 2005.10 バージョン1.0(POV-Ray版) 公開