Magnetohydrodynamic Simulations Revealing Formation Process of Terrestrial Planets in Protoplanetary Disks
| Project/Area Number |
22KJ0155
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| Project/Area Number (Other) |
21J00086 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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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, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 惑星形成 / 原始惑星系円盤 / 磁気流体力学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目標は、磁気流体力学を正しく取り扱うことで原始惑星系円盤の物理構造を解明し、地球型惑星の形成過程を明らかにすることである。原始惑星系円盤の物理構造は磁場の影響を受けている。そのため円盤の磁気流体数値計算を行い円盤構造を深く理解することで、惑星形成に適した円盤構造がいつ・どこに・どのように形成するのかを明らかにする。得られた結果は現在の惑星の組成などと比較することで、その妥当性を検証する。さらに最近の円盤観測結果との比較も行うことで、多角的な観測的検証がなされた、円盤構造形成から地球型惑星形成に至るまでの物理過程を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標は、磁気流体力学を正しく取り扱うことで原始惑星系円盤の物理構造を解明し、地球型惑星の形成過程を明らかにすることである。原始惑星系円盤の物理構造は磁場の影響を受けている。そのため円盤の磁気流体数値計算を行い円盤構造を深く理解することが目標である。
原始惑星系円盤の内側領域を対象にした、輻射輸送入り磁気流体数値シミュレーションの計算コードが完成した。いくつかの輻射輸送のテスト計算を行なった結果、照射加熱を考慮した円盤の温度構造を完全に再現できることを示した。また、粘性加熱を考慮した場合でも、誤差10%程度で温度構造を再現することができた。このシミュレーションを実行した結果、シミュレーションは、大局的な磁場が円盤表面で曲がり、強い電流層を示すことがわかった。またこの加熱は円盤赤道面をほとんど加熱しないことも分かった。これが磁場が反転した場合も同様である。これらの結果から、原始惑星系円盤の温度構造は、数auでも、主に照射加熱によって決定されることが分かった。しかし、照射加熱の温度構造自体は円盤風の構造に影響をうけうることも示唆している。また、円盤表面での断続的かつ超音速のガス降着を発見した。これは近年の円盤観測で示唆されている、円盤表面の超音速の降着流と対応するものであり、我々のシミュレーションはそれらの円盤観測を説明できる可能性がある。また我々のシミュレーションは10年規模の時間変動があることを予言しており、今後の観測から我々のシミュレーション結果を検証することができるだろう。
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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
原始惑星系円盤の内側領域を対象にした、輻射輸送入り磁気流体数値シミュレーションの計算コードが完成した。いくつかの輻射輸送のテスト計算を行なった結果、照射加熱を考慮した円盤の温度構造を完全に再現できることを示した。また、粘性加熱を考慮した場合でも、誤差10%程度で温度構造を再現することができた。このシミュレーションを実行した結果、シミュレーションは、大局的な磁場が円盤表面で曲がり、強い電流層を示すことがわかった。またこの加熱は円盤赤道面をほとんど加熱しないことも分かった。これが磁場が反転した場合も同様である。これらの結果から、原始惑星系円盤の温度構造は、数auでも、主に照射加熱によって決定されることが分かった。しかし、照射加熱の温度構造自体は円盤風の構造に影響をうけうることも示唆している。また、円盤表面での断続的かつ超音速のガス降着を発見した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、昨年度に完成した輻射輸送入り大局的2次元非理想磁気流体シミュレーションを実行し、計算結果をまとめる。まずは磁場なしの 計算を行い、輻射輸送手法に関して論文をまとめる。さらに磁場ありの計算を行い温度構造に与える影響を調べる。並行して、大局的磁気流体 シミュレーションの結果を考慮した長時間の円盤進化を明らかにするため、1次元の円盤進化計算コードの開発を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(13 results)
