最新の理論モデルを考慮した低質量星周りの惑星形成の解明と種族合成モデルの生成

• Project Area: A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy
• Project/Area Number: 19H05087
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2020); National Astronomical Observatory of Japan (2019)
• Principal Investigator: 荻原 正博 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (90781980)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 惑星形成 / N体計算 / 低質量星

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、現実的な円盤進化及び最新の惑星形成モデルを考慮した惑星集積N体計算を実行することにより、低質量星周りの惑星形成の描像を明らかにすることである。
現実的な円盤進化を考慮とは、具体的には磁気駆動円盤風や光蒸発の効果を導入した円盤進化モデルを用いることを指す。これらの効果は従来の円盤進化理論モデルでは考慮されていなかったが、円盤進化に非常に大きな影響を与え得ることが指摘されている。また最新の惑星形成モデルの一例として、最近提唱された新しい惑星集積モード（ペブル集積）も考慮する計画である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、現実的な原始惑星系円盤進化及び最新の惑星形成モデルを考慮した惑星集積N体計算を実行することにより、低質量星周りの惑星形成の描像を明らかにすることを目的としている。本研究で最も重視する点は、従来の円盤進化モデルでは無視されていた磁気駆動円盤風や光蒸発の効果を導入した現実的な円盤進化モデルを使用する点にある。
本研究ではまず低質量星周りにおいて現実的な円盤進化モデルを作成することに取り組んだ。従来の円盤進化モデルでは、円盤の密度や温度は簡単なべき乗分布として仮定されていた。本研究では、低質量星周りでの磁気駆動円盤風を考慮した円盤進化を1次元拡散方程式を数値的に解くことによって求めた。計算の結果、円盤ガス面密度分布は従来考えられていた簡単なべき乗分布とは大きく異なることがわかった。
次に現実的な円盤進化モデルを用いた上で、TRAPPIST-1惑星系の形成をN体計算によって調べた。低質量星であるTRAPPIST-1はハビタブルゾーンに複数の惑星が発見されていることから、様々な観点から研究されてきている。この惑星系は特徴的な惑星質量分布を有してるが、この起源についてはこれまで説明されていなかった。本研究のN体計算の結果、惑星は形成初期段階は素早い軌道移動を経験し、形成後期段階には軌道移動が遅くなる可能性があることがわかった。また、このような軌道移動によって、TRAPPIST-1系の質量分布を再現することが可能であることを明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rapid-then-slow migration reproduces mass distribution of TRAPPIST-1 system (2022)
  • Author(s): Ogihara Masahiro、Kokubo Eiichiro、Nakano Ryuunosuke、Suzuki Takeru K.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 658 Pages: A184-A184
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202142354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Formation of giant planets with large metal masses and metal fractions via giant impacts in a rapidly dissipating disk (2021)
  • Author(s): Ogihara Masahiro、Hori Yasunori、Kunitomo Masanobu、Kurosaki Kenji
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 648 Pages: L1-L1
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202140464
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Early Initiation of Inner Solar System Formation at the Dead-zone Inner Edge (2021)
  • Author(s): Ueda, T., Ogihara, M., Kokubo, E., & Okuzumi, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 921 Issue: 1 Pages: L5-L5
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac2f3b
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Do the TRAPPIST-1 Planets Have Hydrogen-rich Atmospheres? (2020)
  • Author(s): Hori Yasunori、Ogihara Masahiro
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 889 Issue: 2 Pages: 77-77
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6168
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unified Simulations of Planetary Formation and Atmospheric Evolution: Effects of Pebble Accretion, Giant Impacts, and Stellar Irradiation on Super-Earth Formation (2020)
  • Author(s): Ogihara Masahiro、Hori Yasunori
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 892 Issue: 2 Pages: 124-124
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7fa7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Breaking Resonant Chains: Destabilization of Resonant Planets Due to Long-term Mass Evolution (2020)
  • Author(s): Matsumoto Yuji、Ogihara Masahiro
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 893 Issue: 1 Pages: 43-43
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7cd7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ガス円盤進化による惑星系の多様性 (2022)
  • Author(s): 荻原 正博
  • Organizer: 新学術領域「星惑星形成」 A02-A03合同研究会
• [Presentation] 進化する円盤中での岩石原始惑星からのTRAPPIST-1形成 (2021)
  • Author(s): 荻原 正博
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] 中心星質量による原始惑星系円盤進化の変化 (2019)
  • Author(s): 中野 龍之介
  • Organizer: JpGU Meeting 2019
• [Presentation] Development of planet formation theory by comparison with observational data (2019)
  • Author(s): Masahiro Ogihara
  • Organizer: Lyot 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Unified model of formation and atmospheric evolution of super-Earths and Neptune-mass planets (2019)
  • Author(s): Masahiro Ogihara
  • Organizer: Extreme Solar Systems VI
  • Int'l Joint Research