木星形成後の微惑星衝撃波による物質進化モデルの構築

• Project Area: Evolution of molecules in space: from interstellar clouds to proto-planetary nebulae
• Project/Area Number: 26108503
• 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: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田中 今日子 北海道大学, 低温科学研究所, 特別研究員 (70377993)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2014: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 微惑星 / 衝撃波 / コンドリュール / 木星 / 木星形成 / 結晶質シリケイト

Outline of Annual Research Achievements

木星の重力摂動により高い離心率になる微惑星が作る微惑星衝撃波に着目し、それによる物質進化について調べた。木星型惑星の重力摂動のもとでの微惑星の軌道進化計算を行い、微惑星がどの程度の離心率を持つのか、惑星の質量や円盤質量などをパラメータとして計算を行った。本研究では木星型惑星の重力相互作用だけでなく、円盤ガスの重力ポテンシャルを新たに考慮している。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、離心率は小惑星帯付近で最大となり秒速10km以上の強い衝撃波が発生する。この領域では円盤に漂うダストと微惑星の加熱により、氷微惑星の蒸発、ダストの融解、氷ダストの再凝縮が効率的に起きることが分かった。この結果は隕石内のコンドリュールを形成するために必要な衝撃波速度を満たす。また微惑星衝撃波により氷微惑星は効率的に蒸発し、その後水蒸気が再凝縮し氷の超微粒子が大量に円盤中に放出されることが分かった。このとき同時にmm サイズのシリケイトダストが放出され、コンドリュールの前駆物質となりうる。これらの結果は小惑星帯でコンドリュールが効率的に自然に作られることを強く示唆する。このプロセスの原始惑星系円盤における観測可能性についても検討を行った。

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

• [Int'l Joint Research] チューリッヒ大学(スイス)
• [Journal Article] Homogeneous SPC/E water nucleation in large molecular dynamics simulations (2015)
  • Author(s): R. Angelil, J. Diemand, K. K. Tanaka, H. Tanaka
  • Journal Title: J. Chemical Physics Volume: 143 Issue: 6 Pages: 064507-064507
  • DOI: 10.1063/1.4928055
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simple improvements to classical bubble nucleation models (2015)
  • Author(s): K. K. Tanaka, H. Tanaka, R. Angelil, J. Diemand
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 92 Issue: 2 Pages: 022401-022401
  • DOI: 10.1103/physreve.92.022401
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Free energy of cluster formation and a new scaling relation for the nucleation rate (2014)
  • Author(s): Kyoko K. Tanaka, Juerg Diemand, Raymond Angelil, and Hidekazu Tanaka
  • Journal Title: J. Chem. Phys. Volume: 140 Issue: 19
  • DOI: 10.1063/1.4875803
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] REVISITING JOVIAN-RESONANCE INDUCED CHONDRULE FORMATION (2014)
  • Author(s): M. Nagasawa , K. K. Tanaka, H. Tanaka, T. Nakamoto, H. Miura, and T. Yamamoto
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 794 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1088/2041-8205/794/1/l7
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Direct simulations of homogeneous bubble nucleation:Agreement with classical nucleation theory and no local hot spots (2014)
  • Author(s): Juerg Diemand, Raymond Angelil, Kyoko K. Tanaka, and Hidekazu Tnaka
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 90 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physreve.90.052407
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bubble evolution and properties in homogeneous nucleation simulations (2014)
  • Author(s): Raymond Angelil, Juerg Diemand, Kyoko K. Tanaka, and Hidekazu Tanaka
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 90 Issue: 6
  • DOI: 10.1103/physreve.90.063301
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 水の凝縮核生成の大規模MD計算と核生成率のスケーリング (2016)
  • Author(s): 田中今日子, Raymond Angelil, 田中秀和, Juerg Diemand
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 液相からの気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的理論の改良 (2015)
  • Author(s): 田中今日子, 田中秀和, Juerg Diemand, Raymond Angelil
  • Organizer: 第29回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ(新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-11-30
• [Presentation] Homogeneous SPC/E Water Nucleation in Large Molecular Dynamics Simulations (2015)
  • Author(s): H. Tanaka, K. K. Tanaka, R. Angelil, J. Diemand
  • Organizer: ILTS International Symposium on Low Temperature Science
  • Place of Presentation: 北海道大学低温科学研究所（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2015-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Shock heating of dusts and icy planetesimals and recondensation of icy grains (2015)
  • Author(s): K. K. Tanaka, M. Nagasawa, H. Tanaka, T. Nakamoto, H. Nomura, H. Miura, and T. Yamamoto
  • Organizer: Goldschmidt2015
  • Place of Presentation: Prague Congress Center [プラハ（チェコ)]
  • Year and Date: 2015-08-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diagnosing evaporation of icy planetesimals in protoplanetary disks (2015)
  • Author(s): H. Nomura, D. Ishimoto, M. Nagasawa, K. K. Tanaka, H. Miura, T. Nakamoto, H. Tanaka, & T. Yamamoto
  • Organizer: IAU General Assembly
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center [Hawaii(USA)]
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 液相からの気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的理論の改良 (2015)
  • Author(s): 田中今日子, 田中秀和, Juerg Diemand, Raymond Angelil
  • Organizer: 北海道大学低温科学研究所研究集会衛星系研究会：衛星系と噴火現象
  • Place of Presentation: 北海道大学低温科学研究所（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2015-07-21
• [Presentation] 水蒸気から液滴への均質核生成の大規模分子動計算 (2015)
  • Author(s): 田中今日子,田中秀和, Raymond Angelil, Juerg Diemand
  • Organizer: 地球惑星科学関連学会2015年合同大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-22
• [Presentation] 気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的核生成理論の改良 (2015)
  • Author(s): 田中今日子,田中秀和, Raymond Angelil, Juerg Diemand
  • Organizer: 地球惑星科学関連学会2015年合同大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-22
• [Presentation] Thermal evolution of planetesimals and dust particles by planetesimal bow shocks (2015)
  • Author(s): K. K. Tanaka, M. Nagasawa, H. Tanaka, T. Nakamoto, H. Miura, and T. Yamamoto
  • Organizer: 31th Grain Formation Workshop
  • Place of Presentation: 強羅静雲荘 （神奈川県箱根町）
  • Year and Date: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [Presentation] 観測ロケットによる核生成実験と理論モデルとの比較 (2015)
  • Author(s): 田中今日子
  • Organizer: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構宇宙環境利用科学委員会 宇宙環境 「気相からの核生成と宇宙ダスト」
  • Place of Presentation: 強羅静雲荘 （神奈川県箱根町）
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [Presentation] Large scale molecular dynamics simulations of homogeneous nucleation: surface energy of clusters and a new scaling relation for the nucleation rate (2014)
  • Author(s): K. K. Tanaka
  • Organizer: workshop of the influence of material and temperature on the dust coagulation in protoplanetary disks
  • Place of Presentation: 北海道大学 (札幌市）
  • Year and Date: 2014-08-05 – 2014-08-07
• [Presentation] Evaporation of icy planetesimals and recondensation of icy particles due to bow shocks (2014)
  • Author(s): K. K. Tanaka, H. Tanaka, T. Yamamoto, H. Miura, T. Nakamoto, and M. Nagasawa
  • Organizer: Annual meeting of AOGS
  • Place of Presentation: ロイトンホテル (札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [Presentation] 微惑星衝撃波による微惑星蒸発および惑星形成への影響 (2014)
  • Author(s): 田中今日子
  • Organizer: RPD研究交流会
  • Place of Presentation: 明治会館 （東京都港区）
  • Year and Date: 2014-07-14
• [Presentation] 木星形成後の微惑星衝撃波による物質進化に向けて (2014)
  • Author(s): 田中今日子, 長沢真樹子, 田中秀和, 三浦均, 中本泰史, 山本哲生
  • Organizer: 新学術領域研究「宇宙分子進化」第二回全体集会
  • Place of Presentation: 東京大学 （東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-24
• [Presentation] 大規模MD計算による凝縮核生成エネルギーの導出および核生成率の新しいスケーリング (2014)
  • Author(s): 田中今日子, Juerg Diemand, Raymond Angelil, 田中秀和
  • Organizer: 地球惑星科学関連学会 2014 年合同大会
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama （横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Remarks] 北海道大学プレスリリース（2015. 8.19）水の凝縮核生成の大規模分子動力学シミュレーション
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/press.html
• [Remarks] 核生成- from water vapor to droplet-(日本語）
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=QI4TRR-bntI&nohtml5=False
• [Remarks] Nucleation -from water vapor to droplet -(English)
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=jq8pCThPIjo&nohtml5=False