微惑星の形成過程から見た系外惑星系の多様性の起源

Research Project

Project/Area Number	17039010
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	関谷実九州大学, 大学院理学研究院, 教授 (60202420)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	城野信一名古屋大学, 大学院環境科学研究科, 助手 (20332702)
Project Period (FY)	2005 – 2006
Project Status	Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help	¥4,200,000 (Direct Cost: ¥4,200,000) Fiscal Year 2006: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000) Fiscal Year 2005: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords	惑星 / 太陽系 / 微惑星 / 原始惑星系円盤 / 系外惑星 / 固体微粒子 / ダスト / 重力不安定 / 原子惑星系円盤 / 太陽系星雲
Research Abstract	系外惑星系における惑星は、若い恒星の周りを公転する原始惑星系円盤と呼ばれるガスとダストからなる円盤を母体として出来たと考えられている。ミクロンサイズのダストはキロメートルサイズの微惑星と呼ばれる小天体に成長した後に、衝突合体を繰り返して固体の惑星に成長すると考えられている。円盤ガスが固体惑星に引き付けられて巨大ガス惑星が形成される場合もある。惑星形成過程で未解決な問題の1つはダストから微惑星ができるまでの過程であり、重力不安定及びダストの非重力的な力による付着の2つの可能性が考えられている。本研究では、これら2つの場合について、微惑星形成過程の研究を行った。 (1)重力不安定による微惑星形成原始惑星系円盤内のダストが中心面付近に沈殿して単位体積あたりのダストの総質量が臨界値を超えると重力不安定が起こると考えられていたが、実際にその条件化での詳しい数値シミュレーションは行われていなかった。本研究ではまず公転軸周りに対称な仮定の下で、ダストとガスを異なる流体と考える2流体近似のもとで数値シミュレーションを行った。その結果、ガス抵抗時間とケプラー角速度の積が100分の1のときは重力不安定は成長するが、10分の1のときは成長せずに沈殿のみが進行することを発見した。次に、軸対称の仮定をはずして薄板近似の下で数値シミュレーションを行ったところ、非軸対称モードが軸対称モードよりも早く成長することがわかった。 (2)付着による微惑星形成ダスト微粒子には多量の有機物が含まれているものと考えられている。この有機物が糊の役割を果たすことで、原始惑星系円盤内の特定の温度領域においてダスト微粒子の合体成長が選択的に進行することが期待される。そこでガラスビーズとシリコンオイルの混合物を作成し、その衝突実験を行った。その結果、シリコンオイルの体積がある程度の量以上になると付着確率が急激に増大することがわかった。