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固体微粒子凝縮・結晶化理論の微惑星衝撃波による物質進化への応用

Publicly Offered Research

Project AreaEvolution of molecules in space: from interstellar clouds to proto-planetary nebulae
Project/Area Number 16H00927
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

田中 今日子  北海道大学, 低温科学研究所, 学術研究員 (70377993)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords微惑星 / 衝撃波 / 結晶化 / ダスト / 固体微粒子 / 核生成 / 木星形成 / 分子動力学計算 / 惑星物質 / 熱進化 / 惑星起源・進化
Outline of Annual Research Achievements

微惑星衝撃波は小惑星帯など巨大惑星軌道の内外で恒常的に発生し、惑星材料物質であるダストや微惑星に対し加熱、熱変性、蒸発、再凝縮、結晶化等を引き起こす。大規模並列計算用の分子動力学(MD)計算コード(LAMMPS)を用いて、気相から液相あるいは非晶質相へ凝縮した粒子がのちに結晶化する様子を再現した。MD計算により非晶質相から結晶相への相変化を詳細に調べ、結晶核発生時間(核生成率)や結晶核成長率を求めた。本研究の結果は気相から固相への相転移は、すぐに安定相の固相に転移するのではなく、まず気相から過冷却液滴が生成し、その後準安定相への結晶化などを経てから安定相になる多段階核生成であることを示した. これらの結果および理論的な考察により、どのような冷却環境で凝縮したダストがアモルファス化するのか、または結晶化するのかについて条件を求めた。また連携研究者と共に、系外惑星を想定し、ガス惑星形成後の微惑星の軌道進化計算を行い、それに伴う物質進化について検討した。系外惑星やさまざまな原始惑星系円盤を想定し、ガス惑星の質量と軌道、および円盤ガスと微惑星の質量や初期位置などをパラメータとしてさまざまな軌道を計算した。その結果、ガス惑星と円盤ガスとの重力相互作用により微惑星の軌道長半径はおよそ百万年程度で小さくなる一方、離心率はガス惑星の軌道長半径のおよそ半分程度付近で最大となり強い衝撃波が発生することが分かった。発生した強い衝撃波は氷微惑星を蒸発させると共に、円盤中のダストを融解あるいは結晶化するまで加熱する。また何割かの微惑星は円盤の外側遠くに飛ばされることが示された。これらのプロセスに伴う分子輝線や結晶化ダストは観測可能であり惑星形成のプローブになりうることを示す。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results)

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      Phys. Rev. E

      Volume: 96 Issue: 2

    • DOI

      10.1103/physreve.96.022804

    • NAID

      120006337776

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    • Journal Title

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      Volume: 839

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      Volume: - Pages: 7-14

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      Volume: 44 Pages: 2-10

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      Volume: 3 Issue: 1

    • DOI

      10.1126/sciadv.1601992

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  • [Journal Article] Comprehensive study of thermal desorption of grain-surface species by accretion shocks around protostars2017

    • Author(s)
      Hitoshi Miura, Tetsuo Yamamoto, Hideko Nomura, Taishi Nakamoto, Kyoko K. Tanaka, Hidekazu Tanaka, Makiko Nagasawa
    • Journal Title

      The Astrophysical J.

      Volume: 839 Issue: 1 Pages: 47-47

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa67df

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  • [Journal Article] 大規模分子動力学計算による核生成の研究~古典的核生成理論の検証と改良2017

    • Author(s)
      田中今日子
    • Journal Title

      日本結晶成長学会誌

      Volume: 印刷中

    • NAID

      130005997211

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      Tanaka, K. K., Tanaka, H., Angelil, R., & Diemand, J.
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 94 Issue: 2 Pages: 026802-026802

    • DOI

      10.1103/physreve.94.026802

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      名古屋ルーセントタワー(愛知県名古屋市)
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      The 20th International Conference on Nucleation and Atmospheric Aerosols
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      田中今日子, Juerg Diemand, 田中秀和, Raymond Angelil
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  • [Presentation] 大規模分子動力学シミュレーションによる古典核生成理論の検証と改良2016

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      田中今日子, Juerg Diemand, 田中秀和, Raymond Angelil
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      北海道大学(北海道札幌市)
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      地球惑星科学関連学会 2016年合同大会
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      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2016-05-20
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      三浦均、山本哲生、野村英子、中本泰史、田中今日子、田中秀和、長沢真樹子
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      地球惑星科学関連学会 2016年合同大会
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      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2016-05-20
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  • [Presentation] 水の凝縮核生成の分子動力学計算2016

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      低温物質の界面・ナノ現象ワークショップ2016
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
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Published: 2016-04-26   Modified: 2018-12-17  

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