A systematic study of rapidly rotating exoplanets

• Project/Area Number: 16J10223
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 藤澤 幸太郎 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 系外惑星 / 褐色矮星 / 熱進化計算 / 回転星計算 / 数値計算スキーム / 回転星 / 惑星進化 / 恒星進化

Outline of Annual Research Achievements

本年度も引き続き、惑星よりも少し質量の大きい褐色矮星の研究に取り組んだ。若い褐色矮星の系統的な観測によると、褐色矮星は少なくとも10Myr程度のタイムスケールではそれほど角運動量を失うことなく収縮しスピンアップするとされている。そこでそのような高速回転する褐色矮星のより長いタイムスケールの構造の進化計算を調べるために、恒星進化計算コード、MESAコードと回転平衡形状計算コードの両方を用いて計算した。その結果、年齢が5Myrで自転周期が8時間から16時間程度、年齢が10Myrで自転周期が5時間から7.5時間程度で回転している褐色矮星はスピンアップし、100Myrから1Gyr以内に回転で形状が保てなくなるブレイクアップ回転に到達することがわかった。さらに実際に自転が観測されている褐色矮星と理論予想を比較したところ、少なくない数の褐色矮星がブレイクアップ回転に到達しうることが明らかになった。しかし実際の褐色矮星はブレイクアップしていないため、この結果は、老齢な褐色矮星が回転によるウインドやディスクなどで角運動量を捨て去っていることを示唆しており、今後の観測でその存在が明らかになれば自転進化の理解が飛躍的に進むことが分かった。
一方で、高速回転する星の構造を求めるための数値計算スキーム研究に関しても進展があった。従来、回転する星の構造を数値的に計算する時には、ニュートン法などの数値スキームが用いられていたが、ニュートン法は初期推量が解に十分に近くないと求まらないという欠点が知られていた。そこで、初期推量が解から遠くても大局的に収束する数値計算スキーム、W4法を開発し改良した。W4法を用いることで従来困難であった問題を効果的に計算することが可能となり、その応用として回転し磁場を伴っている定常降着流の計算・研究も行った。その計算結果とW4法に関する論文は、査読付き論文として出版された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effects of Rotation and Magnetic Field on the Revival of a Stalled Shock in Supernova Explosions (2019)
  • Author(s): Fujisawa Kotaro , Okawa Hirotada , Yamamoto Yu , Yamada Shoichi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 872 Issue: 2 Pages: 155-155
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaffdd
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hyperbolic Self-Gravity Solver for Large Scale Hydrodynamical Simulations (2016)
  • Author(s): Ryosuke Hirai, Hiroki Nagakura, Hirotada Okawa and Kotaro Fujisawa
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 93 Issue: 8 Pages: 083006-083006
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.083006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rotational equilibria by Lagrangian variational principle: toward multi-dimensional stellar evolutions (2016)
  • Author(s): Yasutake, N., Fujisawa, K. and Yamada, S.
  • Journal Title: Monthly Notice of Royal Astronomical Society Volume: 463 Issue: 4 Pages: 3705-3724
  • DOI: 10.1093/mnras/stw2216
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 重力崩壊型超新星爆発における定常計算のための非線形連立方程式を数値的 に計算する革新的な手法 (2018)
  • Author(s): 藤澤幸太郎,大川博督,山本佑,山田章一
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 天体物理学における非線形連立方程式を数値的に計算する革新的な手法 (2018)
  • Author(s): 藤澤幸太郎,大川博督,山本佑,平井遼介、安武伸俊、長倉洋樹、山田章一
  • Organizer: 第31回理論懇談会シンポジウム
• [Presentation] Effects of rotation and magnetic field on the revival of a stalled shock in supernova explosions (2018)
  • Author(s): Kotaro Fujisawa, Hirotada Okawa, Yu Yamamoto & Shoichi Yamada
  • Organizer: Physics of Core-Collapse Supernovae and Compact Star Formations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速回転する褐色矮星の構造とその進化計算 (2017)
  • Author(s): 藤澤幸太郎、佐藤裕史
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 高速回転する褐色矮星 (2017)
  • Author(s): 藤澤幸太郎、佐藤裕史
  • Organizer: 第 30 回 理論懇シンポジウム
• [Presentation] Rapidly rotating substellar objects (2017)
  • Author(s): Kotaro Fujisawa & Yushi Sato
  • Organizer: Exoplanets and Planet Formation, Shanghai, China
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速回転する系外惑星の内部構造とその進化計算 (2016)
  • Author(s): 藤澤幸太郎、佐藤裕史
  • Organizer: 第29回 理論懇シンポジウム「重力が織りなす宇宙の諸階層」
  • Place of Presentation: 東北大学青葉山キャンパス(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-12-20
• [Presentation] 高速回転する系外惑星の構造とその進化 (2016)
  • Author(s): 藤澤幸太郎、佐藤裕史
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学(愛媛県松山市)
  • Year and Date: 2016-09-14