塵粒子集合体の電気力学及び構造力学的進化が駆動する微惑星形成

• Project/Area Number: 10J07006
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Space and upper atmospheric physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 奥住 聡 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員-SPD
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2012: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2011: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2010: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 惑星 / ダスト / 原始惑星系円盤 / 乱流 / 惑星形成

Research Abstract

従来の惑星形成理論では、付着成長を通じて形成される塵粒子集合体(ダストアグリゲイト)をコンパクトな球とみなすという著しい簡単化がなされていた。しかしながら、近年の実験室および数値実験によると、ダスト粒子は付着成長を通じて極めて低い内部密度を持つアグリゲイトへと進化することが明らかになっている。本研究員は、合体成長・内部密度進化・軌道進化を同時かつ無矛盾に考慮した円盤ダスト進化数値シミュレーションを世界に先駆けて行った。その結果、低密度化に伴うダストの空気力学的特性の変化がダストの急速な成長をもたらし、微惑星形成理論における最大の難題の1つであった「ダストの中心星落下問題」が回避されることを示した。さらに、塵粒子集合体の構造進化の観測的実証を目指し、低密度のアグリゲイトモデルを用いて原始惑星系円盤のミリ波放射光の時間進化の理論予測を行った。その結果、ダストの急速成長が中心星近傍における円盤ミリ波放射の欠損をもたらし、すでに観測されている「ミリ波遷移円盤」と類似の放射構造が自然に説明されることを明らかにした。
一方、原始惑星系円盤中の乱流は惑星形成に対して決定的な影響を与えることが知られている。本研究員は、原始惑星系円盤における主要な乱流である磁気流体力学的乱流(磁気乱流)を考慮した微惑星形成の数値シミュレーションを実施し、その結果、微惑星形成が阻害されないためには大局的磁束強度が10mG程度でなければならないことを示した。円盤大局磁束の強度は、分子雲コアから原始惑星系円盤が形成される段階で、ある程度決定すると考えられている。本研究成果は、「円盤形成期における磁場の輸送進化がその後の惑星形成過程を決定付ける」というこれまでにない新しい視点を提供するものである。

Research Products

• [Journal Article] Radiation Magnetohydrodynamic Simulations of Protostellar Collapse : Protostellar Core Formation (2013)
  • Author(s): Kengo Tomida
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 763 Issue: 1 Pages: 1-29
  • DOI: 10.1088/0004-637x/763/1/6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Static compression of porous dust aggregates (2013)
  • Author(s): Akimasa Kataoka
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: (印刷中)(oin press)(未定) Pages: A4-A4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201321325
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Fate of Planetesimals in Turbulent Disks with Dead Zones. I. The Turbulent Stirring Recipe (2013)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: (印刷中)(oin press)(未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid Coagulation of Porous Dust Aggregates outside the Snow Line : A Pathway to Successful Icy Planetesimal Formation (2012)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 752 Issue: 2 Pages: 106-106
  • DOI: 10.1088/0004-637x/752/2/106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Planetesimal Formation in Magnetorotationally Dead Zones : Critical Dependence on the Net Vertical Magnetic Flux (2012)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 753 Issue: 1 Pages: L8-L8
  • DOI: 10.1088/2041-8205/753/1/l8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Geometric Cross Sections of Dust Aggregates and a Compression Model for Aggregate Collisions (2012)
  • Author(s): Tom Suyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 753 Issue: 2 Pages: 115-115
  • DOI: 10.1088/0004-637x/753/2/115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth of Cosmic Dust Aggregates and Reexamination of Particle Interaction Models (2012)
  • Author(s): Hidekazu Tanaka
  • Journal Title: Progress of Theoretical Physics Supplement Volume: 195 Pages: 101-113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interdependence of Electric Discharge and Magnetorotational Instability in Protoplanetary Disks (2012)
  • Author(s): Takayuki Muranushi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 760 Issue: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1088/0004-637x/760/1/56
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modeling Magnetorotational Turbulence in Protoplanetary Disks with Dead Zones (2011)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 742 Issue: 2 Pages: 65-65
  • DOI: 10.1088/0004-637x/742/2/65
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Fast and Accurate Calculation Scheme for Ionization Degrees in Protoplanetary and Circumplanetary Disks with Charged Dust Grains (2011)
  • Author(s): Yuri I Fujii
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 743 Issue: 1 Pages: 53-53
  • DOI: 10.1088/0004-637x/743/1/53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induced Turbulence and the Density Structure of the Dust Layer in a Protoplanetary Disk (2011)
  • Author(s): Taku Takeuchi, Takayuki Muto, Satoshi Okuzumi, Naoki Ishitsu, Shigeru Ida
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 744 Issue: 2 Pages: 101-121
  • DOI: 10.1088/0004-637x/744/2/101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 原始惑星系円盤におけるダストの帯電:静電気を考慮した微惑星形成シナリオの再構築へ向けて (2011)
  • Author(s): 奥住聡
  • Journal Title: 天文月報 Volume: 104 Pages: 126-136
  • NAID: 10027892779
• [Journal Article] 原始惑星系円盤におけるダストと磁気乱流の共進化 (2011)
  • Author(s): 奥住聡
  • Journal Title: 遊星人 Volume: 20 Pages: 42-51
  • NAID: 110008574039
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrostatic Barrier against Dust Growth in Protoplanetary Disks. I. Classifying the Evolution of Size Distribution (2011)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 731
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrostatic Barrier against Dust Growth in Protoplanetary Disks. II. Measuring the Size of the "Frozen" Zone (2011)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 731
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Importance of Grain Charging in Planet Formation (2012)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: 13th Workshop on Fine Particle Plasmas
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所(岐阜県)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-12-08
• [Presentation] 円盤磁気乱流による微惑星離心率の増幅と微惑星成長への影響 (2012)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本惑星科学会2012年秋季講演会
  • Place of Presentation: 惑星科学研究センター(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-10-26
• [Presentation] ダストの成長・内部密度進化に伴う原始惑星形円盤のオパシティ進化 (2012)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本天文学会2012年秋季年会
  • Place of Presentation: 大分大学(大分県)
  • Year and Date: 2012-09-21
• [Presentation] 磁気乱流付随電場によるオームの法則の非線形化と電流の進化 (2012)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本天文学会2012年秋季年会
  • Place of Presentation: 大分大学(大分県)
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Rapid Coagulation of Porous Dust Aggregates outside the Snow Line : A Pathway to Successful Icy Planetesimal Formation (2012)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: Planet Formation and Evolution 2012
  • Place of Presentation: Ludwig-Maximilians-Universitat Muntchen (Germany)
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] 原始惑星系円盤におけるダストの衝突進化と円盤内移動 (2012)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-05-25
• [Presentation] 原始惑星系円盤におけるダストの成長・内部密度進化 : 円盤オパシティに対する影響 (2012)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2012-05-22
• [Presentation] Rapid Coagulation of Porous Dust Aggregates Outside the Snow Line (2012)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: Revealing Evolution of Protoplanetary Disks in the ALMA Era
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-05-08
• [Presentation] 原始惑星系円盤におけるタ〓ストと磁気乱流の共進化 (2011)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本惑星科学会2011年秋季講演会
  • Place of Presentation: 相模女子大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-10-24
• [Presentation] 磁気乱流不活性領域の形成によるタ〓ストの衝突破壊の回避 (2011)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本天文学会2011年秋季年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県)
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Coevolution of Dust and Magnetic Turbulence in Protoplanetary Disks (2011)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: Extreme Solar Systems II
  • Place of Presentation: Jackson Lake Lodge (USA)
  • Year and Date: 2011-09-11
• [Presentation] Electrostatic Barrier Against Dust Growth in Protoplanetary Disks (2011)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: Asia Oceania Geosciences Society 8th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Taipei International Convention Center (Taiwan)
  • Year and Date: 2011-08-09
• [Presentation] 原始惑星系円盤の電離状態に対する磁気乱流駆動電場の効果 (2011)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] 密度進化するタ〓ストの合体成長と中心星落下 (2011)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2011-05-24
• [Presentation] 内部密度進化を考慮したダストの合体成長と中心星落下 (2011)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本天文学会2011年春季年会
  • Place of Presentation: (予稿集)
  • Year and Date: 2011-02-20
• [Presentation] 磁気的不活性領域を持つ原始惑星系円盤における乱流の垂直構造 (2010)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本惑星科学会2010年秋季講演会
  • Place of Presentation: 名古屋市名古屋大学
  • Year and Date: 2010-10-08
• [Presentation] Electrostatic Barrier Against Dust Growth in Protoplanetary Disks (2010)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: Dust in Planetary Systems
  • Place of Presentation: ドイツ・イェーナ フリードリッヒ・シラー大学(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-29
• [Presentation] 荷電粒子の電場加熱を考慮した原始惑星系円盤の電気伝導度の解析 (2010)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本天文学会2010年秋季年会
  • Place of Presentation: 金沢市金沢大学
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] Electrostatic barrier against dust growth in protoplanetary disks (2010)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: Evolving Theory for Planet Formation
  • Place of Presentation: 石垣市ANAインターコンチネンタル石垣リゾート
  • Year and Date: 2010-06-21
• [Presentation] 惑星形成におけるダストの帯電の重要性 (2010)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉市幕張メッセ国際会議場(招待講演)
  • Year and Date: 2010-05-24
• [Remarks]
  • URL: http://www.geo.titech.ac.jp/~sokuzumi/index.html