Elucidation of dust dynamics in protoplanetary disks with magnetohydrodynamic simulations
| Project/Area Number |
22K14081
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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 17010:Space and planetary sciences-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
森 昇志 東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (30867429)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 惑星形成 / 原始惑星系円盤 / 磁気流体力学 / ダスト |
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| Outline of Research at the Start |
惑星形成過程において、原始惑星系円盤のダスト運動を支配するガス運動は謎に包まれており、惑星形成過程解明の阻害となっている。太陽系の隕石学的証拠からは、ダスト粒子が動径方向に大きく移動したことが示唆されている一方で、乱流が弱かったことが示唆されている。このことは多様なガス運動が起きたことを示唆する。本研究では、非理想磁気流体力学効果を全て考慮することで、層流的に降着する原始惑星系円盤の最新の描像に基づいて、円盤のダスト輸送過程を明らかにする。特に乱流的運動以外にも、大規模な動径方向の流れや円盤風による鉛直方向の流れを考慮した、高次元なダスト輸送過程の理解を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標は、非理想磁気流体力学効果をすべて考慮し、層流的に降着する原始惑星系円盤の最新の描像に基づいて、円盤のダスト輸送過程を明らかにすることである。特に、乱流的運動だけでなく、大規模な動径方向の流れや円盤風による鉛直方向の流れも考慮に入れた、多次元なダスト輸送過程の理解を深めることを目指す。太陽系の隕石学的証拠からは、ダスト粒子が動径方向に大きく移動したことが示唆されており、これが惑星形成過程の解明に向けた重要な鍵となる。
本年度、我々は磁場が付随する原始惑星系円盤の温度構造を理解する進展を遂げた。開発した輻射輸送入り磁気流体数値シミュレーションコードを用い、内側領域のシミュレーションを行い、ホール効果を含む磁場の影響を検証した。ホール効果のない場合、従来の研究と一致する結果が得られ、ホール効果を含む場合、磁場と円盤の回転方向が一致すると強い非対称な円盤風が観測されることが明らかになった。この現象は将来の観測で検証可能であり、重要な解釈の可能性を示している。また、大局的な磁場が円盤表面で曲がりながらも、主に照射加熱によって温度が決定されていることが分かった。磁場が散逸する場合、円盤風の強度が減少し、照射加熱による不安定性が発生することも確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
磁気流体シミュレーションを用いて原始惑星系円盤の内側領域の温度構造に対する深い理解を得ることができた。特にホール効果を含む磁場の影響を詳細に分析し、非対称な円盤風の構造を発見するなど、重要な結果を得ている。この過程で、円盤の力学に関しても理解が深まった。しかしながら円盤の力学のモデル化は終えておらず、今後取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
個々のダスト粒子の運動を追跡するために Ciesla (2011)の２次元モンテカルロシミュレーションコードを作成する。さらにシミュレーション結果を解析し、円盤の速度構造のモデルを構築する。まずはある一つの結果に対して、時間平均をとり、速度場、乱流強度場を構築する。この速度・乱流強度場のもとでダストの運動を解き、加熱を経験したダストの運動を計算する。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
