Chemical evolution of protoplanetary disks: the effect of dust evolution
| Project/Area Number |
21K13967
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 16010:Astronomy-related
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
古家 健次 国立天文台, 科学研究部, 特任助教 (80783711)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 原始惑星系円盤 / 星間化学 / ダスト / ダスト進化 |
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| Outline of Research at the Start |
惑星は原始惑星系円盤の中で生まれ，初期元素組成を獲得する．円盤の各領域に揮発性物質-水や一酸化炭素を含む様々な分子-がどのような存在形態(気相あるいは固体微粒子表面を覆う氷)でどれほどの量存在するのか，すなわち円盤化学構造の理解は，円盤の中で形成される惑星の表層組成やバルク組成を理解する上で必須である．本研究では，円盤化学構造の進化を観測的性質を含め数値シミュレーションにより明らかにする．本研究で得られる理論的成果を観測研究と結びつけることで円盤化学構造進化を解明し，惑星組成の理解に向けた基盤を作ることを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はダストの合体成長進化に伴う原始惑星系円盤の化学進化を明らかにすることを目的とする。その目的のため、本年度は以下のことを行った。
(1)昨年度構築した原始惑星系円盤内のダスト沈殿、乱流によるガス・ダストの攪拌効果、気相・固相反応を整合的に解くモデルの結果の解析を進め、得られた知見を学術論文として発表した。主要な成果として、(i)円盤ガスが1 Myr程度のタイムスケールで酸素・炭素に対し相対的に窒素に富んだ組成になること、(ii)ガス・ダストの輸送や気相・固相反応のみでは観測されているような高いC/O比を持つ円盤ガスは実現されないことを明らかにした。(ii)に関しては炭素質ダストの紫外線/X線による破壊により、ダストからガスへと炭素を供給するメカニズムなどが重要である可能性が高く、今後研究を進める必要がある。
(2)上述のモデルを同位体化学を考慮できるように拡張し、円盤上層物質の赤道面への輸送が円盤赤道面の水氷同位体組成に与える影響について解析を進めた。
(3)ALMA観測により、原始星アウトバースト天体周りの円盤について雪線内側の水のD/H比を初めて測定した。彗星などの異なる進化段階の天体に含まれる水のD/H比と比較することで、彗星や円盤の水は星形成前の分子雲段階で作られたものであることが分かった。結果はNature誌に掲載された。
(4)星間化学モデルにおける表面反応の不定性が気相・固相上の化学種の存在量予測にどの程度不定性を与えるかを評価し、その結果を学術論文として出版した。10 K程度の低温であれば水素付加反応が卓越するためモデルの不定性は小さいが、数十Kではラジカル種の拡散速度の不定性が結果の不定性(特に有機分子の組成)に大きく影響することが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上で述べた通り、原始惑星系円盤の化学の理論的理解を進め２本の主著学術論文を出版した。観測研究者とも共同研究を進め、ALMAによる観測結果について複数の学術論文を共著者として出版した。一方で、予定していたJWSTに向けた赤外線輝線の観測予測については、ダスト空間分布の取り扱いについてコードの大幅な改良が必要であり、遅れている。
以上を総合的に判断し、おおむね順調であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
円盤上層物質の赤道面への輸送が円盤赤道面の氷組成について与える影響を明らかにし、特に水氷の水素同位体および酸素同位体比について論文にまとめる。
本研究でこれまで開発してきたモデルはダストサイズ分布が仮定されているという短所がある。より現実的なシミュレーションを行うために、ダストの合体成長およびサイズ分布を陽に考慮したモデルへと拡張することを目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(36 results)
