| 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 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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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。
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。
さらに、輻射加熱が円盤温度構造を支配する中で、非対称な円盤風が間欠的な降着を駆動しうる新しい力学機構を発見した。他にも、1次元の円盤進化とダスト輸送モデルを構築し、磁気的な原始惑星系円盤ではスーパーアース・サブネプチューンの含水率二分性を自然に再現できることを示した成果を、ApJ誌に発表した。
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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
本年度は、非理想磁気流体力学効果をすべて考慮した輻射輸送対応の磁気流体数値シミュレーションコードの解析をさらに進め、原始惑星系円盤内の温度構造とガス運動に関する新たな知見を得た。内側領域を対象としたシミュレーションにより、ホール効果を含む場合に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生じることを発見した。また磁場と円盤の回転方向が反平行な場合には、この非対称円盤風は発達せず、照射加熱に起因する不安定性が発生することを明らかにした。さらに、輻射加熱が円盤温度構造を支配する中で、非対称な円盤風が間欠的な降着を駆動しうる新しい力学機構を発見した。他にも、1次元の円盤進化とダスト輸送モデルを構築し、磁気的な原始惑星系円盤ではスーパーアース・サブネプチューンの含水率二分性を自然に再現できることを示した成果を、ApJ誌に発表した。
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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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