ピーターパンディスク（) とは恒星または褐色矮星の周囲に存在する星周円盤の一種で、典型的に想定されている円盤からガス成分が散逸するタイムスケールである約500万年を超える年齢にもかかわらず、巨大ガス惑星を形成できるほど豊富なガスを保持している円盤を指す総称である。こうした円盤のいくつかの例では、スペクトル型がM型かそれより晩期型の中心星の周囲に存在する。これらの円盤の周囲にガスが豊富に存在することは、一般的には赤外線波長で観測される放射量の総量や、恒星に水素が降着している分光学的兆候から推測される。ピーターパンディスクと特定する定義として、赤外線での色指数で に相当すること、年齢が2000万年を超えること、分光学的なガス降着の証拠があることなどがある。
2016年、オクラホマ大学のスティーブン・シルバーバーグが率いる市民科学プロジェクト「ディスクディテクティブ」に参加したボランティアによってWISE J080822.18-644357.3（J0808）が発見された。この低質量星は強い赤外超過やガスの降着といった非常に若い星の特徴を有しているにもかかわらず、年齢が4500万年のりゅうこつ座運動星団（アソシエーション）に属しており、星団に属する天体は全て星団と同じタイミングで誕生したと考えられるため、若い赤色矮星として見える特徴に反して実際ははるかに年老いていることになる。 J0808とともに近傍の運動星団で発見された、低質量の降着円盤を持つ割には年老いた天体たちの円盤を、2020年代頃から「ピーターパンディスク」と呼ぶようになり、多くの研究者が使用する呼称になった。
名前 ピーターパンディスクという名前は1904年にジェームス・マシュー・バリーが発表した小説・戯曲『ピーター・パン：大人にならない少年』に由来する。ピーターパンディスクもまた若い見た目に反して年老いており、言い換えるとピーターパンディスクもガスを喪失して成長することを拒んでおり、ピーター・パンやの特徴をなぞらえている。
特徴
ピーターパンディスクとして既知の天体は、降着の兆候としての輝線を有する。J0808では他にパッシェンベータ、ブラケットガンマの輝線も明確な降着の証拠として観測されている。 また若い星であることの兆候として、リチウムも豊富に含んでいる。J0808とJ0632と呼ばれる円盤については円盤が恒星の光を遮ることによる変光も確認されている。そしてJ0808とJ0501と呼ばれる円盤では主星で恒星フレアが観測されている。それぞれJ0446, J0949, LDS 5606, J1915と呼ばれている4つのピーターパンディスクは主星が連星系を構成しているかその疑いがある。J0226と呼ばれる円盤の主星は褐色矮星の候補であり、 (AB)bと呼ばれる天体はさらに小さく周連星惑星の軌道をとる惑星質量天体である。
J0446Bをジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の（MIRI）で詳細観測した結果、9種類の炭化水素、2種類の窒素化合物、2種類の二酸化炭素の同位体、分子水素と2種類の貴ガスが検出された。水素分子とネオンが検出されたことは、この円盤が長寿命な原始円盤であることを支持している。Delorme 1 (AB)bは炭素が豊富な円盤で、さらに惑星質量天体の周囲にはおそらくで流出した分子水素が検出された。
ピーターパンディスクは、主星のM型星から受ける極端紫外線やX線の量が少ないため、光蒸発が起こりにくく長く保持されていると考えられている。ピーターパンディスクの存在を受けて行われたモデル計算では、太陽の0.6倍未満の質量しかない輻射の少ない環境では、こうした円盤は5000万年ほど保持されうるとわかった。さらに質量が太陽の0.6倍から0.8倍の間では、恒星は円盤の内側に5000万年以内に空隙を形成し、降着を妨げる。このうちX線については、チャンドラX線観測衛星による観測では、ピーターパンディスクのX線光度はそこまで弱くなく通常のM型矮星と同じくらいであり、弱輝線おうし座T型星とも同等であると分かり、ピーターパンディスクのその長寿命はX線光度の低さでは説明できないと結論付けられた。そのため円盤が受ける極端紫外線が弱い結果、老齢な円盤が存在できるとされており、それは前主系列星の段階での降着が比較的弱いため起こるとされている。円盤の寿命には分布があると提唱されており、数百万年しか保持されない円盤もあれば数千万年存続する円盤もある。この考え方は、年齢が2000万年を超えるM型星の中には降着を示すものもあるが、すべてがそうでない理由を説明している。研究では、M型矮星（M3.7-M6）の初期円盤を保持する割合が65%であり、その寿命の分布は正規分布かワイブル分布に従うと示されている。
見つかっているピーターパンディスク
ピーターパンディスクのプロトタイプは WISE J080822.18-644357.3で、NASAの研究者が運用する市民科学プロジェクトであるディスクディテクティブで発見された。
Simon Murphyらは過去の文献から、同じくピーターパンディスクである天体を追加で発見し、それらがやなどの運動星団に属することを特定した。ディスクディテクティブのチームもさらに2つのピーターパンディスクをはと座アソシエーション、りゅうこつ座アソシエーションから発見し、2020年に論文を発表した。この論文でピーターパンディスクという呼称が初めて用いられた。同論文では散開星団の中の恒星の一部には以前に波長22ミクロンで赤外超過が検出されていたことから、これらもピーターパンディスクである可能性が指摘された。NGC2547の一員で、デブリ円盤を有するM型矮星の1つであるはスピッツァー宇宙望遠鏡で観測された際に、M型矮星のデブリ円盤からは初めての検出例となるケイ酸塩が検出されていた。この天体系からはHアルファ輝線も検出されていたが、2009年に発表された論文ではガスによる降着は起こっていないとされていた。
その後数年間で複数のピーターパンディスクが追加で発見された。このうちいくつかはピーターパンディスクの定義には厳密には当てはまらないが、類似点が複数ある。たとえば2022年に報告された2MASS J06195260-2903592は年齢が万年という点ではピーターパンディスクに近いが、降着の兆候を見せていない。2024年に報告されたPDS 111と呼ばれる恒星は年齢が万年で活発な降着と直接撮像された円盤を持つが、質量が太陽の倍と重いため、ピーターパンディスクの大質量版と考えられている。 その他、大マゼラン雲のタランチュラ星雲に、降着の兆候があるのに年齢が古い恒星が2017年に見つかっており、これは大マゼラン雲の金属量が小さいこと、金属量の小さい環境下ではより質量が大きく不透明度の小さい円盤ができることで説明がつくかもしれないとされている。
ピーターパンディスクの候補の一覧 なお、2025年に発表された論文では14個の天体がピーターパンディスクとして報告されているが、うち4個を除く10個は年齢が2000万年より若く、ピーターパンディスクとして広く認められていないので本リストには含めていない。また当初ピーターパンディスクを持つとされた US 3566 (Gaia DR3 155649614856576)と呼ばれる天体については白色矮星とM型矮星からなる連星であり、激変星の疑いがあるとして認められていない。さらにおうし座の運動星団の一員である可能性が高いとして、2MASS J04141188+2811535や2MASS J04091380+3136325も現在はピーターパンディスクではないとされている。 +名前年齢(100万年)所属星団スペクトル型赤外超過の有無降着の有無出典WISE J080822.18-644357.3りゅうこつ座アソシエーションM5ありあり2MASS J05010082-4337102M4.5ありあり2MASS J02265658-5327032L0δありありWISEA J044634.16-262756.1はと座アソシエーション(年齢3400万年のの星団に属する可能性もある)M6+M6あり可能性ありWISEA J094900.65-713803.1りゅうこつ座アソシエーションM4+M5ありあり（連星の両方とも）2MASS J15460752-6258042~55アルゴ座アソシエーション (がか座ベータ運動星団の可能性もある)M5ありあり2MASS J05082729−210144430–44はと座アソシエーション (がか座ベータ運動星団の可能性もある)M5ありありLDS 560630–44はと座アソシエーション(がか座ベータ運動星団の可能性もある)M5+M5ありあり (AB)b30–45きょしちょう座・とけい座アソシエーションL0 (超低重力)ありあり2MASS J06320799-6810419~45りゅうこつ座アソシエーションM4.5ありあり2MASS J19150079-2847587M4.8 (連星候補)ありありStHα34がか座ベータ運動星団M3+M3ありありGaia DR3 2162887638405193216>50K9.4ありありCVSO 1241 (Gaia DR3 3223542525253775104)25.1? （その場合年齢は500-1000万年）M3.8ありあり2MASS J05171175+0702232 (Gaia DR3 3241216624914091136)24.7?M3.2ありありGaia DR3 331936059992708902429.9M3.6ありあり 2MASS J0041353-562112はがか座ベータ運動星団に属しており、かつ赤外超過を示していないため現在はピーターパンディスクと見なされていない。
M型星周辺の惑星形成への影響 ピーターパンディスクの成因を説明するモデルとして、破壊された微惑星や最近起こった惑星同士の衝突などがある。ピーターパンディスクの長寿命の説明の1つとして、前述のようなピーターパンディスクは原始惑星系円盤が長く生き残ったものであるという考え方がある。これは質量の小さい恒星は放射で円盤を散逸させるのに時間を要する傾向を受けたものである。M型星では太陽系外惑星の形成にも時間がかかるので、惑星大気の形成にも影響する。
ピーターパンディスクが多重惑星系を形成した場合、その惑星たちに軌道共鳴を起こさせる可能性がある、7個の惑星を擁するTRAPPIST-1系も、こうしたピーターパンディスクが最終的に形成した惑星系であるかもしれない。
ピーターパンディスクは、TOI-5205bにように小型のM型矮星の周りに巨大ガス惑星が存在する理由も説明できる。円盤の寿命が長ければ長いほど、固体コアが成長する時間も長く確保され、暴走的なコア集積が起こるまでに至ることができる。
関連項目 原始惑星系円盤 おうし座T型星 太陽系外惑星 ディスクディテクティブ WISE J080822.18-644357.3 星周円盤 HD 74389 けんびきょう座AU星
脚注
出典
外部リンク ディスクディテクティブでのピーターパンディスク候補AWI0005x3sについてのトークページ NASAによるピーターパンディスクの発見についての記事