Numerical simulations of the formation of various satellite systems via giant impact

• Project/Area Number: 19K03950
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Sasaki Takanori 京都大学, 理学研究科, 助教 (70614064)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 衛星系形成 / N体計算 / 月形成 / 天王星衛星系形成 / 巨大天体衝突 / ハウメア / 天王星衛星形成 / 氷衛星 / N 体計算 / 数値計算 / 系外惑星

Outline of Research at the Start

多様な原始惑星同士の巨大天体衝突によって形成された多様な衝突破片円盤について、衛星系形成過程に関する大規模N体計算を行うことで、多様な衛星系に対する形成条件を明らかにする。また、惑星形成過程に関するモンテカルロ計算を同時に行い、実際に起きうる原始惑星同士の巨大天体衝突のパラメータを推定し、これをN体計算の結果と合わせることで、各惑星系で実際に形成されうる衛星系の特徴を統計的に導き出す。以上により、系外惑星を含めた一般的な惑星の周囲にどのような衛星系が形成されうるかを明らかにすることを最終目標とする。

Outline of Final Research Achievements

Large-scale N-body calculations were executed to investigate the formation process of various satellite systems from diverse debris disks. Three main results are introduced below. (1) We examined the formation process of Uranian satellite systems from debris disks formed after the giant impact on Uranus, and problems are pointed out and solutions are proposed. (2) We proposed a scenario in which the rings and satellites of the dwarf planet Haumea were formed by an impact on Haumea. (3) We statistically verified the formation process of various satellites, including extrasolar satellites, by giant impact using a large number of parameter studies.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

巨大天体衝突後に形成されるデブリ円盤からの、太陽系の天体（月・天王星衛星・ハウメアリングなど）の形成過程を明らかにするだけでなく、系外衛星を含めた多様な衛星系の形成過程を検証した点は、国際的にもユニークで新しい試みであり学術的意義は大きい。また系外衛星の候補天体が報告されつつある今、世界に先駆けて系外衛星形成に関する研究を行ったことも重要である。さらに近年、系外惑星観測や太陽系内の天体探査に対する社会全体の関心は急速に高まっており、本成果の社会的意義も大きいといえる。

Research Products

• [Journal Article] Orbital Evolution of Close-in Super-Earths Driven by Atmospheric Escape (2022)
  • Author(s): Naho Fujita, Yasunori Hori, Takanori Sasaki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 928 Issue: 2 Pages: 105-118
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac558c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] N-body Simulations of Ring Formation Process around the Dwarf Planet Haumea (2020)
  • Author(s): Iori Sumida, Yuya Ishizawa, Natsuki Hosono, Takanori Sasaki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 897 Issue: 1 Pages: 21-32
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab93bb
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Uranian satellite formation by evolution of a water vapour disk generated by a giant impact (2020)
  • Author(s): Ida Shigeru, Ueta Shoji, Sasaki Takanori, Ishizawa Yuya
  • Journal Title: Nature Astronomy Volume: 4 Issue: 9 Pages: 880-885
  • DOI: 10.1038/s41550-020-1049-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Can the Uranian Satellites Form from a Debris Disk Generated by a Giant Impact? (2019)
  • Author(s): Ishizawa Yuya、Sasaki Takanori、Hosono Natsuki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 885 Issue: 2 Pages: 132-141
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab48ef
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Galilean Satellites Formed Slowly from Pebbles (2019)
  • Author(s): Shibaike, Y., Ormel, C. W., Ida, S., Okuzumi, S., & Sasaki, T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 885 Issue: 1 Pages: 79-79
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab46a7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Orbital evolution of a circumbinary planet in a gaseous disk (2019)
  • Author(s): Yamanaka Akihiro、Sasaki Takanori
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 71 Issue: 1 Pages: 71-82
  • DOI: 10.1186/s40623-019-1064-0
  • NAID: 120006712300
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of Stellar Superflares on Planetary Habitability (2019)
  • Author(s): Yamashiki Yosuke A.、Maehara Hiroyuki、Airapetian Vladimir、Notsu Yuta、Sato Tatsuhiko、Notsu Shota、Kuroki Ryusuke、Murashima Keiya、Sato Hiroaki、Namekata Kosuke、Sasaki Takanori、Scott Thomas B.、Bando Hina、Nashimoto Subaru、Takagi Fuka、Ling Cassandra、Nogami Daisaku、Shibata Kazunari
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 881 Issue: 2 Pages: 114-114
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2a71
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 恒星高エネルギー粒子のフルエンスを考慮した惑星への影響評価（その２） (2022)
  • Author(s): 山敷庸亮, Vladimir Airapetian, 佐藤達彦, 野津湧太, 前原裕之, 行方宏介, 野津翔太, 佐々木貴教, 佐藤啓明, 木村なみ, 清水里香, 大山航, 清水海羽, 白樫聖夢, 高木風香, 坂東日菜, 野上大作, 柴田一成, 他 ExoKyoto 開発チーム
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] Observational implications of atmospheric and orbital evolution of super-Earths (2021)
  • Author(s): Naho Fujita, Yasunori Hori, Takanori Sasaki
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impact of Stellar Superflares on Planetary Habitability, Search for Extra-terrestrial Mother Plants Catalogue for influence of stellar activities on the extraplanetary system (2021)
  • Author(s): Yosuke A. Yamashiki, Hiroyuki Maehara, Vladimir Airapetian, Yuta Notsu, Kosuke Namekata, Riko Shimizu, Nami Kimura, Tatsuhiko Sato, Takanori Sasaki
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原始天王星への巨大衝突により生じた蒸気円盤におけるダスト成長と微衛星形成 (2021)
  • Author(s): 石澤祐弥, 井田茂, 佐々木貴教
  • Organizer: 日本惑星科学会2021年秋季講演会
• [Presentation] 短周期 super-Earth の大気の光蒸発に伴う軌道進化: 観測への示唆 (2021)
  • Author(s): 藤田菜穂, 堀安範, 佐々木貴教
  • Organizer: 日本惑星科学会2021年秋季講演会
• [Presentation] 恒星高エネルギー粒子のフルエンスを考慮したハビタブルゾーンの再評価 (2021)
  • Author(s): 山敷庸亮, Vladimir Airapetian, 佐藤達彦, 野津湧太, 前原裕之, 行方宏介, 野津翔太, 佐々木貴教, 佐藤啓明, 木村なみ, 清水里香, 高木風香, 坂東日菜, 野上大作, 柴田一成, 他 ExoKyoto 開発チーム
  • Organizer: 日本惑星科学会2021年秋季講演会
• [Presentation] N体計算を用いた天王星周り衛星形成過程の研究 (2021)
  • Author(s): 木原遥大, 佐々木貴教, 井田茂
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] Modification of SPH for the simulation of an icy moon with internal ocean (2021)
  • Author(s): 村嶋慶哉, 細野七月, 斎藤貴之, 佐々木貴教
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] Orbital evolution of close-in super-Earths via atmospheric escape (2020)
  • Author(s): Naho Fujita, Yasunori Hori, Takanori Sasaki
  • Organizer: JpGU-AUG Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Parameter Study of Satellite Formation via Giant Impact by N-body Simulation (2020)
  • Author(s): Yuichi Hasegawa, Yuya Ishizawa, Natsuki Hosono, Takanori Sasaki
  • Organizer: JpGU-AUG Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Toward a global SPH simulation of an icy moon with internal ocean (2020)
  • Author(s): Keiya Murashima, Takanori Sasaki, Natsuki Hosono, Yosuke A. Yamashiki
  • Organizer: JpGU-AUG Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impact of Stellar Superflares on Planetary Habitability (2020)
  • Author(s): Yosuke A. Yamashiki, Hiroyuki Maehara, Vladimir Airapetian, Yuta Notsu, Tatsuhiko Sato, Takanori Sasaki
  • Organizer: JpGU-AUG Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] N 体計算を用いた巨大天体衝突に伴う衛星系形成のパラメータスタディ (2020)
  • Author(s): 長谷川祐一, 細野七月, 佐々木貴教
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [Presentation] 超木星質量の惑星周囲における巨大衛星の形成可能性 (2020)
  • Author(s): 山中陽裕, 佐々木貴教, 芝池諭人
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [Presentation] 衛星の内部海のシミュレーションのための SPH 法のコード開発 (2020)
  • Author(s): 村嶋慶哉, 細野七月, 斎藤貴之, 佐々木貴教
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [Presentation] 短周期 super-Earth の大気散逸に伴う軌道進化 (2020)
  • Author(s): 藤田菜穂, 堀安範, 佐々木貴教
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [Presentation] 大気散逸を考慮した M 型星周りのハビタブルゾーンの再評価 (2) (2020)
  • Author(s): 山敷庸亮, 野津湧太, 前原裕之, 佐藤達彦, 野津翔太, 佐々木貴教, 佐藤啓明, 木村なみ, 清水里香, 高木風香, 坂東日菜, 野上大作, 柴田一成, Vladimir Airapetian, 他 ExoKyoto 開発チーム
  • Organizer: 日本天文学会2020年秋季年会
• [Presentation] Formation and Orbital Evolution of the Uranian Satellites based on Giant Impact Scenario (2019)
  • Author(s): Yuya Ishizawa, Takanori Sasaki & Natsuki Hosono
  • Organizer: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Origin of the Galilean satellites: Slow-pebble-accretion scenario (2019)
  • Author(s): Yuhito Shibaike, Chris Ormel, Shigeru Ida, Satoshi Okuzumi & Takanori Sasaki
  • Organizer: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Orbital evolution of a circumbinary planet in a protoplanetary disk (2019)
  • Author(s): Akihiro Yamanaka & Takanori Sasaki
  • Organizer: Extreme Solar Systems IV
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Re-entry of giant-impact fragments and early evolution of the Earth's ocean (2019)
  • Author(s): Takanori Sasaki
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radiological Assessment of Martian and Terrestrial Surface during Young Sun (2019)
  • Author(s): Yosuke A. Yamashiki, Hiroyuki Maehara, Yuta Notsu, Tatsuhiko Sato, Vladimir Airapetian, Shota Notsu, Ryusuke Kuroki, Keiya Murashima, Hiroaki Sato, Hina Bando, Kosuke Namekata, Takanori Sasaki, Scott Thomas, Daisaku Nogami & Kazunari Shibata
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 天王星衛星のその場形成と軌道進化 (2019)
  • Author(s): 石澤祐弥, 佐々木貴教 & 細野七月
  • Organizer: 日本惑星科学会2019年秋季年会
• [Presentation] N 体計算による準惑星ハウメアのリング形成過程の検証 (2019)
  • Author(s): 角田伊織, 石澤祐弥, 細野七月 & 佐々木貴教
  • Organizer: 日本惑星科学会2019年秋季年会
• [Presentation] 大気散逸を考慮した M 型星周りのハビタブルゾーンの再評価 (2019)
  • Author(s): 山敷庸亮, 野津湧太, 前原裕之, 佐藤達彦, 黒木龍介, 野津翔太, 佐々木貴教, 佐藤啓明, 村嶋慶哉, 坂東日菜, 梨元昴, 高木風香, 木村なみ, 野上大作, 柴田一成, Vladimir Airapetian, 他 ExoKyot 開発チーム
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] 原始月円盤の冷却進化過程を考慮した月形成 N 体計算 (2019)
  • Author(s): 佐々木貴教 & 細野七月
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] IN-SITU FORMATION OF THE URANIAN SATELLITES FROM WIDE DEBRIS DISK FORMED BY GIANT IMPACT (2019)
  • Author(s): 石澤祐弥, 佐々木貴教 & 細野七月
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 恒星フレアによる太陽系外惑星ハビタビリティー評価 (2019)
  • Author(s): 山敷庸亮, 前原裕之, Vladimir Airapetian, 野津湧太, 佐藤達彦, 野津翔太, 黒木龍介, 村嶋慶哉, 佐藤啓明, 行方宏介, 佐々木貴教, Scott Thomas, 坂東日菜, 梨元昴, 高木風香, Cassandra Ling, 野上大作 & 柴田 一成
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Book] 地球以外に生命を宿す天体はあるのだろうか？ (2021)
  • Author(s): 佐々木貴教
  • Total Pages: 126
  • Publisher: 岩波書店
  • ISBN: 9784000272360
• [Book] 宇宙にひろがる文明 (2019)
  • Author(s): 京都大学宇宙総合学研究ユニット
  • Total Pages: 144
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254155242
• [Remarks] Sasaki Takanori Online
  • URL: http://sasakitakanori.com