原始惑星系円盤における大局磁場とガス降着の共進化

• Project/Area Number: 26400224
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 竹内 拓 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (40372651)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥住 聡 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (60704533) ; 武藤 恭之 工学院大学, 基礎・教養教育部門, 准教授 (20633803) ; 廣瀬 重信 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, 主任研究員 (90266924)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 理論天文学 / 惑星起源・進化 / 太陽系外惑星 / 磁気流体力学 / 原始惑星系円盤 / 赤外線天文学 / 電波天文学 / 降着円盤

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、原始惑星系円盤などの降着円盤において、円盤を貫く星間磁場がどのような形状になっているか、また星間磁場を種とする乱流の強さ、および円盤の降着率はどの程度になるかを理論的に解き明かすことを目的としている。
これまでの研究で、円盤の降着速度が与えられた場合の磁場形状の定常解の解析的な導出および、磁場のみの時間進化を求めることに成功している。平成27年度は、円盤の密度と磁場構造の同時進化の研究を行った。これまでに開発したデッドゾーンがある場合でのガスと磁束の移流速度のモデル化を使った。このモデルでは、移流速度は、磁場強度および電離度を通して面密度の関数となる。われわれは円盤内側のデッドゾーンとその外側の磁気乱流が活発な場所との境界に着目し、そこでの微小な摂動に対する線形安定性を調べ、そこが粘性不安定を持つことがわかった。さらに、密度と磁場の時間進化を数値的に解いて、非線形発展を調べたところ、デッドゾーン境界に密度が濃い部分と薄い部分が縞状に現れ、その後100万年程度で消失することがわかった。この縞の幅は、現在の計算では数値的なグリッドサイズで決まっているが、現実の円盤では他の流体不安定や熱拡散で決まると考えられる。デッドゾーン境界での詳細な密度構造を求めるにはさらなる数値シミュレーションが必要であるが、本研究成果は、年齢１００万年程度の円盤に特徴的な縞状構造が現れることを予言しており、近い将来の高分解能観測によって検証できると考えられる。
また、円盤中心部には密度の低い領域が現れることも数値計算によって示され、観測されているいくつかの遷移円盤を形成するメカニズムの一つになると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Mass Estimates of a Giant Planet in a Protoplanetary Disk from the Gap Structures (2015)
  • Author(s): Kazuhiro D. Kanagawa, Takayuki Muto, Hidekazu Tanaka, Takayuki Tanigawa, Taku Takeuchi, Takashi Tsukagoshi, Munetake Momose
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 806 Issue: 1 Pages: L15-L15
  • DOI: 10.1088/2041-8205/806/1/l15
  • NAID: 120005906838
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Detailed structure of the outer disk around HD 169142 with polarized light in H-band Detailed structure of the outer disk around HD 169142 with polarized light in H-band (2015)
  • Author(s): Momose, M., Morita, A., Fukagawa, M., Muto, T., Takeuchi, T. et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 67
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Significant Gas-to-Dust Ratio Variation within the Disk of HD 142527 and the Indication of Gas Depletion (2015)
  • Author(s): Muto, T., Tsukagoshi, T., Momose, M., Hanawa, T., Nomura, H., Fukagawa, M., Saigo, K., Kataoka, A., Kitamura, Y., Takahashi, S. Z., Inutsuka, S.-i., Takeuchi, T. et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: in press
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Viscous Instability Triggered by Layered Accretion in Protoplanetary Disks (2015)
  • Author(s): Hasegawa, Y. and Takeuchi, T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magnetic turbulence and thermodynamics in the inner region of protoplanetary discs (2015)
  • Author(s): Hirose, Shigenobu
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 448 Issue: 4 Pages: 3105-3120
  • DOI: 10.1093/mnras/stv203
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bimodality of Circumstellar Disk Evolution Induced by the Hall Current (2015)
  • Author(s): Tsukamoto, Y., Iwasaki, K., Okuzumi, S., Machida, M.~N., Inutsuka, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 810 Issue: 2 Pages: 26-31
  • DOI: 10.1088/2041-8205/810/2/l26
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of Ohmic and ambipolar diffusion on formation and evolution of first cores, protostars, and circumstellar discs (2015)
  • Author(s): Tsukamoto, Y., Iwasaki, K., Okuzumi, S., Machida, M.~N., Inutsuka, S
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 452 Issue: 1 Pages: 278-288
  • DOI: 10.1093/mnras/stv1290
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiation Magnetohydrodynamic Simulations of Protostellar Collapse: Nonideal Magnetohydrodynamic Effects and Early Formation of Circumstellar Disks (2015)
  • Author(s): Tomida, K., Okuzumi, S., Machida, M. N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 801 Issue: 2 Pages: 117-122
  • DOI: 10.1088/0004-637x/801/2/117
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Discovery of a Disk Gap Candidate at 20 AU in TW Hydrae (2015)
  • Author(s): E. Akiyama, T. Muto, N. Kusakabe, A. Kataoka, J. Hashimoto et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 802 Issue: 2 Pages: L17-L17
  • DOI: 10.1088/2041-8205/802/2/l17
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Millimeter-wave Polarization of Protoplanetary Disks due to Dust Scattering (2015)
  • Author(s): A. Kataoka, T. Muto, M. Momose, T. Tsukagoshi, M. Fukagawa, H. Shibai, T. Hanawa, K. Murakawa, C.P. Dullemond
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 809 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1088/0004-637x/809/1/78
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of a disc gap induced by a planet: effect of the deviation from Keplerian disc rotation (2015)
  • Author(s): K. D. Kanagawa, H. Tanaka, T. Muto, T. Tanigawa, and T. Takeuchi
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 448 Issue: 1 Pages: 994-1006
  • DOI: 10.1093/mnras/stv025
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Nonlinear Ohm's Law: Plasma Heating by Strong Electric Fields and its Effects on the Ionization Balance in Protoplanetary Disks (2015)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi & Shu-ichiro Inutsuka
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 800 Issue: 1 Pages: 47-47
  • DOI: 10.1088/0004-637x/800/1/47
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Radial Transport of Large-Scale Magnetic Fields in Accretion Disks. II. Relaxation to Steady States (2014)
  • Author(s): Takeuchi, T., Okuzumi, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 797 Issue: 2 Pages: 132-132
  • DOI: 10.1088/0004-637x/797/2/132
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ダストから微惑星へ：衝突密度進化と急速合体成長 (2014)
  • Author(s): 奥住聡
  • Journal Title: 日本惑星科学会誌 遊星人 Volume: 23 Pages: 371-381
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Convection Causes Enhanced Magnetic Turbulence in Accretion Disks in Outburst (2014)
  • Author(s): Hirose, S., Blaes, O., Krolik, J.H., Coleman, M.S.B., Sano, T
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: Vol.787 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1088/0004-637x/787/1/1
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 黄道光分布から読み取る小惑星の衝突破壊で生じる ダストの典型的サイズ (2015)
  • Author(s): 植田高啓, 竹内拓, 小林浩
  • Organizer: 日本惑星科学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学，東京
  • Year and Date: 2015-10-15
• [Presentation] 巨大惑星が作る原始惑星系円盤ギャップ構造の 深さと幅について (2015)
  • Author(s): 金川和弘、武藤恭之、田中秀和、谷川享行、竹内拓
  • Organizer: 日本惑星科学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学，東京
  • Year and Date: 2015-10-15
• [Presentation] 黄道光の空間非軸対称性から推定するダストサイズ分布 (2015)
  • Author(s): 植田高啓, 竹内拓, 小林浩
  • Organizer: 日本天文学会2015年秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学、神戸
  • Year and Date: 2015-09-11
• [Presentation] 原始惑星系円盤におけるギャップ構造と巨大惑星との関係 (2015)
  • Author(s): 金川和弘、武藤恭之、田中秀和、谷川享行、竹内拓
  • Organizer: 日本天文学会2015年秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学、神戸
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] Transport of the Magnetic Flux in Protoplanetary Discs and Its Implications for Disc Evolution and Inner-hole Clearing (2015)
  • Author(s): Taku Takeuchi, Satoshi Okuzumi, Yasuhiro Hasegawa, Takayuki Muto
  • Organizer: Disc Dynamics and Planet Formation, University of Central Lancashire Cyprus Campus
  • Place of Presentation: Larnaka, Cyprus
  • Year and Date: 2015-06-29
• [Presentation] 離心率の減少にともなう巨大ガス惑星の軌道進化 (2015)
  • Author(s): 植田高啓，井田茂，竹内拓
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場、千葉
  • Year and Date: 2015-05-24
• [Presentation] 巨大惑星によって励起される密度波の伝播が原始惑星系円盤ギャップの形成に与える影響について (2015)
  • Author(s): 金川和弘、武藤恭之、田中秀和、谷川享行、竹内拓
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場、千葉
  • Year and Date: 2015-05-24
• [Presentation] Thermal equilibrium curves of accretion discs with ionization transitions (2015)
  • Author(s): Hirose, S.
  • Organizer: The Magneto-Rotational Instability confronts the observations
  • Place of Presentation: Ringberg Castle (Kreuth, Germany)
  • Year and Date: 2015-04-14
  • Invited
• [Presentation] FU Oriアウトバーストと原始惑星系円盤の熱不安定について (2015)
  • Author(s): 廣瀬重信
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2015-03-19
• [Presentation] 原始惑星系円盤における電子の電場加熱に対する磁場の影響 (2015)
  • Author(s): 奥住聡, 犬塚修一郎
  • Organizer: 日本天文学会2015年春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [Presentation] Evolution of Magnetic Flux and Density Profiles of Protoplanetary Disks (2015)
  • Author(s): Taku Takeuchi, Satoshi Okuzumi, Takayuki Muto
  • Organizer: 平成２６年度 系外惑星大研究会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2015-03-02
• [Presentation] Asymmetric Structures in Transitional Disks:NIR and ALMA observations (2015)
  • Author(s): Takayuki Muto
  • Organizer: Transition disks and planet formation: Link between Models and Observations
  • Place of Presentation: オランダ ライデン
  • Year and Date: 2015-03-02
• [Presentation] 円盤の渦の観測可能性 (2015)
  • Author(s): 竹内拓，武藤恭之
  • Organizer: 新学術領域「系外惑星」B01,B02班 研究会 「円盤から惑星・衛星へ：形成と進化」
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2015-02-17
• [Presentation] HD100546周囲に見つかったスパイラル構造と惑星候補天体 (2015)
  • Author(s): 武藤恭之
  • Organizer: 新学術領域研究「太陽系外惑星の新機軸」B01／B02班研究会「円盤から惑星・衛星へ：形成と進化」
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2015-02-17
• [Presentation] 円盤におけるプラズマの加熱と放電 (2015)
  • Author(s): 奥住聡
  • Organizer: 新学術領域「系外惑星」B01,B02 班 研究会 「円盤から惑星・衛星へ：形成と進化」
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2015-02-16 – 2015-02-17
• [Presentation] Transport of the Magnetic Flux in Protoplanetary Disks and Disk Evolution via MHD Turbulence and/or Winds (2014)
  • Author(s): Taku Takeuchi, Satoshi Okuzumi, Takayuki Muto
  • Organizer: The 2014 German-Japanese meeting on Exo-Planets and their Formation
  • Place of Presentation: Heidelberg, Germany
  • Year and Date: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [Presentation] Protoplanetary Disk Morphology and High-Resolution Imaging Observations (2014)
  • Author(s): Takayuki Muto
  • Organizer: The 2014 German-Japanese Meeting on Exoplanets and their formation
  • Place of Presentation: ドイツ ハイデルベルグ
  • Year and Date: 2014-11-05
• [Presentation] Satoshi Okuzumi (2014)
  • Author(s): Electric-field heating of plasmas and its effect on magnetorotational turbulence in protoplanetary disks
  • Organizer: The 2014 German-Japanese meeting on Exo-Planets and their formation,
  • Place of Presentation: Heidelberg, Germany
  • Year and Date: 2014-11-04 – 2014-11-07
• [Presentation] 原始惑星系円盤観測と惑星形成理論のつながり (2014)
  • Author(s): 武藤恭之
  • Organizer: 星形成領域および星団環境での惑星の形成と進化
  • Place of Presentation: 国立天文台
  • Year and Date: 2014-09-29
• [Presentation] 回転不安定から考える原始惑星系円盤の外側領域の構造 (2014)
  • Author(s): 小野 智弘, 野村 英子, 竹内 拓
  • Organizer: 日本惑星科学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台）
  • Year and Date: 2014-09-25
• [Presentation] 自己重力不安定な円盤における巨大ガス惑星の軌道進化 (2014)
  • Author(s): 植田高啓，井田茂，竹内拓
  • Organizer: 日本惑星科学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台）
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] 原始惑星系円盤の散逸における中心星進化の影響 (2014)
  • Author(s): 國友正信, 竹内拓, 井田茂
  • Organizer: 日本惑星科学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台）
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] 原始惑星系円盤の内側の穴を形成する新しいメカニズム (2014)
  • Author(s): 竹内拓，奥住聡，武藤恭之
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] 自己重力不安定な円盤における巨大ガス惑星の軌道進化 (2014)
  • Author(s): 植田高啓, 井田茂 , 竹内拓
  • Organizer: 日本天文学会2014年秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（山形市）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] 回転不安定から考える原始惑星系円盤の外側領域の構造 (2014)
  • Author(s): 小野智弘, 野村英子, 竹内拓
  • Organizer: 日本天文学会2014年秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（山形市）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Nonlinear Ohm's law: Electric heating of plasmas and its effect on MHD in protoplanetary disks (2014)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: Non-ideal MHD, Stability, and Dissipation in Protoplanetary Disks
  • Place of Presentation: Niels Bohr Institute (Copenhagen, Denmark)
  • Year and Date: 2014-08-04 – 2014-08-08
• [Presentation] Magnetic Turbulence and Dust Evolution in Protoplanetary Disks (2014)
  • Author(s): Satoshi Okuzumi
  • Organizer: US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-24
  • Invited
• [Remarks] 東京工業大学 地球惑星科学専攻 天文系研究室 研究紹介ページ
  • URL: http://www.geo.titech.ac.jp/lab/ida/Research/RH.html
• [Remarks] 東工大ニュース(2015/2/12) 「惑星形成環境の磁場強度に対する理論的制約の解明」
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2015/029820.html