Observations in the last 〜 20 years revealed that the vast majority of the stars are formed within clusters. The stellar clusters are formed within massive molecular cloud cores, but little is known about how the cores fragments into a cluster of stars. Recent numerical simulations and several observations suggest that the stellar number density could be extremely large, affecting the properties of formed star considerablly.

　Observation of such state of high stellar number density deeply embedded within massive cores is very challenging as both high spatial resolution and high sensitivity to penetrate the high extinction of gas are needed. Recent advent in the observing capabilities, however, are now starting to allow us to attempt to peek into such systems.

　In this thesis, one of the closest star-forming region, R CrA star-forming region is studied in detail. The region contains a massive core that is actively producing an extremely young stellar cluster. Our study focuses on the central high gas density region, where no thorough study of stellar contents have been made.

　First, we conducted near- and thermal-infrared imaging observations of the central high gas-density region with the 8.2-m Subaru Telescope and its various instruments. Our observations conducted in K-band (2.2μm), L'-band (3.8μm), N-band (11.7μm) and Q-band (24.5μm) detected a total of five objects within the 3000 AU-radius disk-like structure around IRS 7(A) observed in HCO+ molecular lines. The detected objects are roughly aligned along the major axis of the disk structure, with a typical separation of 1000 AU from each other. Among the 5 detected objects are two previously known deeply embedded sources, IRS 7A and IRS 7B, which are also known to be prominent X-ray emitters. In this chapter, we also re-analysized IRAS data of the region, which revealed that IRS 7A is the highly likely dominant source of the 60 and 100 μm fluxes measured by IRAS, which have been attributed to either R CrA or the cold dust clump 〜 20" south of IRS 7A (viz., SMM1A and MMS13) in the past literatures. IRS 7A and IRS 7B shows remarkable similarity for their entire spectrum, and three observational classifications (infrared spectral index, T(bol) and L(smm)/L(bol)) indicate that both objects are close to the borderline between Class 0 and Class I, with slightly more weight toward the Class 0 regime.

　Our finding revealed that the total number of objects in the central 5000 AU scale volume can now be as large as 〜 10 when the sources whose existence has been inferred from other observations but not detected in our observations are taken into account, yielding the stellar number density of the region well in excess of 105 pc(-3).

　The densest part of the R CrA core was also observed at the H2 S(1) line with the Subaru Telescope and CISCO. Our observation revealed a group of Herbig-Haro objects with complex morphology emanating from the vicinities of the IRS 7 system, which contain embedded population of sources studied in our thermal infrared observations. The distribution of these HH objects coincide with the overall shape of the single most dominant molecular outflow of the region, suspected to emanate from the IRS 7 region. The distribution of the Herbig-Haro objects in the region suggest that the central disk-like structure observed in radio molecular lines at the IRS 7 region is the common origin of many Herbig-Haro objects in the region.

　An adaptive optics (AO) imaging observation of the center of the Corona Australis star-forming region is also presented. The AO observation was conducted by taking the advantage of the fact that the optically bright Herbig Ae star R CrA is located at the center of the protostar cluster, and by using the object as the guide star for the AO wavefront sensing. Our observation in H, K, and L'-bands carried out at the Subaru Telescope with IRCS and the Subaru adaptive optics system achieved .a resolution of 〜0.20. arcsec (〜25 AU, assuming a distance of 130 pc) in three bands. The field of view, covering 1' × 1' around R CrA, contains two protostars that are known prior to this study, viz., IRS 7(A) and IRS 9, as well as some other sources found in the previous chapters. The extremely young protostar IRS 7 (class 0-I) was clearly found to have-an elongated structure in the near-infrared wavelength. The size of the elongation is about 0.55 arcsec FWHM (〜70 AU) along the major axis, and its position angle (〜140±5 degrees) is consistent with that of the rotating molecular disk-like structure around IRS 7. This new observation provides an additional evidence for the physical connection between the protostar and the molecular structure. The elongation is not symmetric along the major axis of the elongation. Another class 0-I protostar IRS 9 did not show any signs of extended structure or companions in their vicinities at our resolution and sensitivities. Four, possibly five, additional objects are also detected, and the nature of these object are also discussed.

　In summary, our observations revealed a concentrated population of extremely young stellar sources within or near the central disk-like system surrounding the likely Class 0 protostar IRS 7A, and exhibit high level of outflow activity. The stellar number density of the central region exceeds 10(5 -3) pc. Our observations provides an example that star-formation within clusters could be quite different compare to the isolated-mode of star-formation.

　本論文は、すばる望遠鏡の赤外線装置群を用いてみなみのかんむり座星形成領域の高密度コアを観測し、クラスター的星生成に関して新たな知見をもたらした研究である。

　本論文は、9章からなる。第1章では、研究の動機が紹介されている。ほとんどの星は、巨大分子雲の中のクラスター領域で形成されることが知られているが、巨大分子雲コアに埋もれた密度の高い星形成領域を観測するには、高い角度分解能と暗い天体を検出する高感度な観測装置が必要なため、これまで観測例は少なかった。一方、数値計算やいくつかの観測では、星の数密度は非常に大きくなりうることが示唆されていた。

　第2章では、星のクラスター的形成について簡潔に概観している。星の数密度については2-3×104pc(-3)以下の観測例があることや、このような高密度領域の観測における、すばる望遠鏡の優位性が述べられている。第3章では、観測対象のみなみのかんむり座領域について、他波長での観測を含めて紹介されている。本領域は、近傍(約130pc)かつ若い星が集団で生成されており、高解像度・高感度の赤外線観測は報告されていない絶好の観測対象である。第4章は、本観測に用いたすばる望遠鏡の赤外線観測装置を紹介している。近赤外線撮像装置IRCS(L'バンド、3.8μm),近赤外線撮像装置CISCO(Kバンド、2.2μm),中間赤外線撮像装置COMICS(Nバンド、11.7μm;Qバンド、24.5μm)および補償光学(Adaptive Optics)といった優れた観測装置を利用している。

　本論文の主要な部分となる第5章では、みなみのかんむり座中心領域を熱赤外線放射(波長λ>3μm)で撮像観測した結果と考察が示されている。赤外線天体IRS7Aの近傍3000AUの範囲に7個の天体を検出した。そのうちの4個は、新たに検出した天体である。他波長で検出されている3天体とあわせて、この領域における星の数密度は、105pc(-3)となることを示した。これは、クラスター的生成について今までに知られているうちで、もっとも高い星の数密度である。また、赤外線衛星IRASのデータを再解析し、IRS 7A、IRS 7Bの遠赤外線までの広帯域スペクトルエネルギー分布(SED)を求め、赤外線スペクトル指数・放射温度からClass0天体であることをしめした。これらの天体はX線を放出していることが知られており、今回のクラス同定により、Class0天体からX線が放出されていることが初めて確認された。

　第6章では、分子流活動をあらわすHerbig-Haro天体の水素分子輝線の狭帯域撮像観測について述べられている。この領域を水素分子の振動励起線H2S(1)で観測し、IRS 7A近傍におけるHerbig-Haro天体を発見した。これらの分布は、IRS 7Aからと推察される分子流領域と重なることから、IRS 7Aがこの領域の多くのHerbig-Haro天体の起源であることを示唆した。また、複雑な形状と分布から複数の源があると推察している。

　第7章では、補償光学をもちいた赤外線観測について述べられている。Herbig Ae型の前期主系列星であるRCrAを補償光学の参照星として用いて、みなみのかんむり座中心領域を観測した。すばる望遠鏡にIRCSを組み合わせて、H、K、L'バンドにて約0.20秒角の角度分解能を達成した。これは、距離130pcに対して、約25AUに相当する。IRS7Aでは、長軸約70AUの細長い楕円の構造が、回転する分子輝線円盤と同じ方向に検出された。この新しい観測は、原始星と分子雲との関係を解明する手段となる。

　第8章は、まとめと議論である。本観測および他波長における観測をあわせて解析し、みなみのかんむり座領域のIRS 7Aを中心とした半径と星の数密度の関係をプロットした結果、中心部における星の数密度が10(5-6)pc(-3)と非常に高いことを明らかにした。クラスターの中心から離れるにしたがい、星の数密度が距離の-2.5乗に比例して減少することも示唆している。

　以上、すばる望遠鏡の赤外線観測によって、Class0天体IRS 7Aの周りの回転分子輝線円盤周辺に若い星の集団が、分子流の活発な活動を伴い、非常に高い密度で形成されていることを明らかにした。これは、孤立した星形成とは異なるクラスター的な星形成に固有な事実を明らかにした貴重な観測的研究である。なお、本論文第5,6,7章は、小林尚人、寺田宏、林正彦、藤吉拓哉、Alan Tokunagaとの共同研究であるが、論文提出者が主体となって解析・考察を行なったもので、論文提出者の寄与が十分であると判断する。

　したがって、博士(理学)の学位を授与できると認める。