数値流体計算で挑む惑星形成論の再構築：原始惑星系円盤の構造が果たす役割

• Project/Area Number: 20J01376
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小野 智弘 東京工業大学, 理学院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 惑星形成 / 原始惑星系円盤 / 数値シミュレーション

Outline of Research at the Start

原始惑星系円盤は若い星周りの星周円盤であり、惑星形成の現場と考えられている。近年の観測で、多様な円盤構造の存在が明らかになってきた。特に、多くの円盤がリング・ギャップ構造を持つ。円盤構造は惑星形成において重要な役割を担うと期待されている。そのため、円盤構造が与える影響を考慮して従来の惑星形成論を見直す必要がある。本研究では、リング・ギャップ構造が惑星形成に与える影響を明らかにする。本研究によってリング・ギャップ構造の惑星形成における重要性を明らかにするだけでなく、リング・ギャップ構造の成因にも制限を与えることが期待される。円盤構造を考慮した惑星形成論の再構築、ひいては惑星形成の理解を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

原始惑星系円盤は若い星の周りにある円盤であり、惑星形成の現場である。近年の観測で、多様な円盤構造の存在が明らかになってきた。特に、リング・ギャップ構造（RG構造）は普遍的だ。これらの円盤構造は惑星形成において重要な役割を担うと期待され、円盤構造が与える影響を新たに考慮して従来の惑星形成論を見直す必要がある。本研究の目的はRG構造が惑星形成に与える影響を明らかにすることであった。目的達成のため、３つの課題：『RG構造がダスト成長に与える影響の解明』、『RG構造と惑星軌道の共進化に関する研究』、『RG構造が惑星形成に与える統計的影響の理解』にそれぞれ取り組んだ。これによって、円盤構造を考慮した惑星形成論の再構築、ひいては惑星形成の理解を目指した。
2022年度は、軌道共鳴がRG構造内での惑星軌道に与える影響を数値シミュレーションで調べた。そこにおいて、流体シミュレーションコードAthena++に研究員がこれまでに開発したダストモジュールと惑星軌道モジュールを組み込んだものを使用した。複数惑星の軌道進化と原始惑星系円盤のガス・ダストの運動を同時に解き、惑星間重力相互作用や惑星が作るRG構造が惑星軌道進化に与える影響を広いパラメータ領域で調べた。RADMC3Dコードを用いた輻射輸送計算によって、数値シミュレーション結果の模擬観測を行う工程は未着手だ。今後は未着手の工程や課題、これまでに得た結果の論文化をすみやかに遂行する。
本研究課題に派生して、受入教員である奥住准教授の学生との共同研究、ネバダ大学Zhaohuan Zhu准教授との共同研究も進んでいる。そこにおいて、研究員が本研究課題において開発したAthena++コードのモジュールが活用されている。また、断熱円盤において惑星が作り出す微小構造の発見もなされた。これについては、今後詳細な研究を継続して行っていく予定である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Nevada, Las Vegas/Institute for Advanced Study(米国)
• [Int'l Joint Research] Institute for Advanced Study/Clemson University(米国)
• [Int'l Joint Research] Institute for Advanced Study/Clemson University(米国)
• [Journal Article] Cooling-induced Vortex Decay in Keplerian Disks (2021)
  • Author(s): Fung Jeffrey、Ono Tomohiro
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 922 Issue: 1 Pages: 13-13
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1d4e
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of Dust Evolution on the Vertical Shear Instability in the Outer Regions of Protoplanetary Disks (2021)
  • Author(s): Fukuhara, Y., Okuzumi, S., & Ono, T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 914 Issue: 2 Pages: 132-132
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abfe5c
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 断熱的な原始惑星系円盤中の惑星ギャップに付随する微小構造 (2022)
  • Author(s): 小野智弘
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 原始惑星系円盤研究の現状と数値計算が担う今後の課題 (2022)
  • Author(s): 小野智弘
  • Organizer: 2021(令和3) 年度国立天文台CfCA ユーザーズミーティング
  • Invited
• [Presentation] 磁場を考慮した鉛直シアー不安定性由来の乱流 (2022)
  • Author(s): 小野智弘
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 冷却効果による原始惑星系円盤上のガス渦散逸 (2021)
  • Author(s): 小野智弘
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 原始惑星系円盤の冷却によるガス渦散逸 (2021)
  • Author(s): 小野智弘
  • Organizer: オンライン研究会「惑星系形成若手研究会」
• [Presentation] Athena++コードにおける軌道移流法の実装とシアリングボックスの改良 (2021)
  • Author(s): 小野智弘
  • Organizer: ２０２１年日本天文学会春季年会
• [Presentation] 原始惑星系円盤上のガス渦が作り出すチャネルマップ上の捻じれ (2020)
  • Author(s): 小野智弘
  • Organizer: ２０２０年日本天文学会春季年会