惑星散乱を起こす系外の木星型惑星形成の条件

• Project/Area Number: 21K03650
• 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: Kurume University
• Principal Investigator: 長澤 真樹子 久留米大学, 医学部, 教授 (00419847)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 惑星形成・進化

Outline of Research at the Start

観測される木星型の系外惑星の分布から，太陽系外では，惑星同士が強く散乱して大きく軌道が乱れる現象が生じていると考えられている。散乱をするためには，惑星同士はかなり近くに存在しなければならないが，どのようにして惑星同士が近づくのかはよくわかっていない。この研究では，木星型の惑星が作られたときに存在しているガスと塵の円盤と惑星の相互作用，そして惑星が大気を得て重くなっていく過程の２つが惑星を近づける鍵ではないかと考え，重力の計算から，どのようなときに惑星が近くに存在できるかを調べる。

Outline of Annual Research Achievements

複数の原始惑星が存在し，順番に木星へと成長する場合に，近接する木星型惑星の系が作れるかの計算を続けている．昨年度までの研究では，1つ目の木星が成長する段階で，原始惑星の軌道間隔が10ヒルでは系全体が不安定になり，軌道間隔が20ヒルの場合は系は惑星同士が離れた安定なままで，複数の木星型惑星が近接して形成されるような条件は見つけられていなかった．
今年度は，原始惑星の間隔をパラメータとして10ヒルから20ヒルの間隔の間で変更する計算を実施した．その結果，15ヒル間隔付近で，目指す複数の惑星が近接して成長できそうな領域の存在を見出した．14ヒル間隔以下では，軌道不安定が起きてしまう．ヒル間隔が大きくなると3惑星が残るケースも見られるようになるが，14ヒルの場合でも確率は30％以下であり，惑星同士の平均の軌道間隔も20ヒル間隔を超えてしまう．これが，初めの原始惑星間隔が15ヒル間隔の場合，4つ以上の原始惑星が10ヒル程度で残るケースが50％程度見られるようになる．この状況であれば，原始惑星が続けて木星が成長して近接した木星型惑星の系を作れる可能性がある．初期の原始惑星間隔が16ヒルをこえると，微妙な軌道の調整で微惑星同士の距離が離れて，5つの原始惑星が15ヒル間隔程度で安定化するケースが大半となる．なお，初めから木星サイズの惑星が存在する場合，20ヒル間隔であっても原始惑星系は不安定になってしまい，時間幅のある木星の成長が軌道の調整による安定化の鍵になっていることもわかった．15ヒル間隔以上で計算を始めた場合も，木星の成長による調整で，残った原始惑星の平均の軌道間隔は15ヒル間隔以下となっている．
今年度の研究からは，初期の原始惑星の間隔が15ヒル程度というごく狭いパラメーター領域で，複数の木星型惑星が並んで存在する初期条件を作れる可能性があることが判明した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

複数の木星型惑星が隣接して形成しうるパラメーターを見出すことができた．
ガス抵抗を含めた計算までは至らなかった．

Strategy for Future Research Activity

引き続き，惑星成長がある場合の惑星コアの安定性についてパラメーターサーベイを続ける．特に，今年度見つけたパラメーター領域で，2つ目の木星を成長させる計算コードを開発し，計算を実施する．ガス抵抗などの円盤の効果を含めた計算コードも引き続き開発していく．

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Padova(イタリア)
• [Int'l Joint Research] Nicolaus Copernicus University(ポーランド)
• [Journal Article] Planet-planet scattering in presence of a companion star (2021)
  • Author(s): Marzari Francesco、Nagasawa Makiko、Gozdziewski Krzyszof
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 510 Issue: 4 Pages: 5050-5061
  • DOI: 10.1093/mnras/stab3602
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Planet-Planet Scatterings and Close-in Planets (2022)
  • Author(s): M. Nagasawa
  • Organizer: The 9th East Asian Numerical Astrophysics Meeting
  • Invited
• [Presentation] 木星型惑星の成長と軌道散乱 (2021)
  • Author(s): 長沢真樹子，田中秀和
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会