高空間分解能の電波観測から原始惑星系円盤の乱流状態を求める理論モデル

• Project Area: New Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets
• Project/Area Number: 26103704
• 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
• Principal Investigator: 竹内 拓 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (40372651)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• 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

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、原始惑星系円盤の磁気乱流の強さを見積もる理論モデルを作成し、特にデッドゾーンと呼ばれる磁気的に不活性な領域がどのように広がっているか、またデッドゾーンが円盤の構造にどのような影響を与えるかを明らかにすることを目的としている。これまでの研究で、われわれは原始惑星系円盤の降着速度が与えられた場合の磁場の定常解および、磁場のみの時間発展を求めることに成功している。
平成27年度では、円盤の密度構造と磁場構造の時間進化を同時に求めた。特に、磁場の移流速度がガスの移流速度よりも速い場合に着目して計算を行った。その結果、たとえ初期に円盤を貫く磁束が星間磁場と同程度であっても、磁束が中心星に向かって集中していくに従い、円盤内側の磁場強度が増大する。磁束が集中した場所では円盤ガスの降着が促進される。円盤が進化していくに従い円盤内側の磁場の強さはガス圧と比べて相対的に増加し、その結果、円盤内側にガスのない領域が生じることが示された。これは、円盤内側のデッドゾーンでは円盤密度が増大するというこれまでの理解を覆すものである。
また本研究の目的として、得られた円盤構造を高解像度撮像観測の結果と比較することにより、磁気乱流の定量的評価を行いたいと考えている。この目的のために、すばる望遠鏡のSEEDsプロジェクトで得られたHerbig Ae星であるHD169142の偏光撮像観測結果を解析した。HD169142の周りにある原始惑星系円盤では、半径60AU付近を境に内側の円盤のほうが偏光像で暗いことがわかった。これは、内側の円盤のガス密度もしくは温度が下がっていることを示唆している。我々の理論計算では円盤内側に磁束がたまると、内側部分のガス密度が下がることを示している。つまり、HD169142では、円盤を貫く磁束が中心星付近に集中している可能性があることを明らかにした。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

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 (2015)
  • Author(s): Munetake Momose, Ayaka Morita, Misato Fukagawa, Takayuki Muto, Taku Takeuchi, Jun Hashimoto et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 67 Issue: 5 Pages: 67-83
  • DOI: 10.1093/pasj/psv051
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [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] 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] 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
• [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] 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（東京）
  • 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（東京）
  • Year and Date: 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] 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2014年秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（山形市）
  • 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
• [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
• [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のページ
  • URL: http://www.geo.titech.ac.jp/lab/ida/Research/RH.html