重力不安定によるガス惑星形成と原始惑星系円盤の進化

• Project Area: New Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets
• Project/Area Number: 26103707
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 町田 正博 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10402786)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (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: 原始惑星系円盤 / 惑星形成 / ガス惑星 / 褐色矮星 / 重力不安定 / 磁気流体力学 / 原始星 / 磁気流体シミュレーション / 星形成 / 系外惑星 / 原始星ジェット / アウトフロー

Outline of Annual Research Achievements

原始惑星系円盤の重力不安定によるガス惑星の形成過程を調べるために、分子雲コアから星の誕生の大規模数値シミュレーションを行った。分子雲コアの物理的特性は観測からよく理解されている。シミュレーションの初期条件とし観測されているような分子雲コアを初期条件として、その重力収縮から星の誕生までの計算を行った。原始星形成後、原始星の周囲に回転円盤が形成する。星形成初期段階では、中心星の質量が軽く円盤が重いため円盤が自身の重力によって不安定になり非軸対称構造を発達させる。非軸対称構造によって生じた重力トルク、または圧力トルクによって角運動量が輸送され、ガスは中心星に落下する。円盤のガスが中心星に落下するため、回転円盤の面密度は減少し円盤は一時的に安定なるが、インフォーリングエンベロープからの質量降着により徐々に円盤質量は増加していく、そのため再び重力不安定を起こす。主降着段階では、円盤はこのように安定な状態と不安定な状態を遷移し続ける。円盤からのガスは中心星へと落下するため中心星重力が強くなるため、円盤は安定、不安定の状態を遷移しつつ徐々に安定な状態へと落ち着いていく。この段階で分裂が起こりガス惑星が誕生する。他方、この非定常降着は原始星ジェットにも影響を及ぼす。原始星ジェットは中心星近傍へガスが落下することにより、その重力エネルギーが磁気エネルギー、または運動エネルギーに変換されて駆動する。そのため非定常降着は非定常ジェットを再現することが分かった。この研究によって原始星形成初期の非定常ジェット、円盤形成、円盤中でのガス惑星の形成を再現することが出来た。

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] 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] Protostellar Jets Enclosed by Low-velocity Outflows (2014)
  • Author(s): Machida, Masahiro N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 796 Issue: 1 Pages: 17-23
  • DOI: 10.1088/2041-8205/796/1/l17
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 原始星ジェットの進化 (2014)
  • Author(s): 町田正博
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2014-09-12