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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Multicolor anatomy of protorplanetary disks: Towards understanding of planet formation

Research Project

Project/Area Number 17H01103
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

百瀬 宗武  茨城大学, 理学部, 教授 (10323205)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 秀和  東北大学, 理学研究科, 教授 (00282814)
武藤 恭之  工学院大学, 教育推進機構(公私立大学の部局等), 准教授 (20633803)
本田 充彦  久留米大学, 医学部, 助教 (40449369)
小林 浩  名古屋大学, 環境学研究科, 研究員 (40422761)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Keywords電波天文学 / 光学赤外線天文学 / 理論天文学 / 惑星起源・進化 / 原始惑星系円盤
Outline of Annual Research Achievements

アルマによる観測では3つの主要な実績をあげた。第一に,HD142527に付随する円盤からのダスト放射を輻射輸送モデル計算と比較した結果,ダストが比較的大きなサイズに成長している一方,ダスト光学特性に関する簡単な理論計算で期待される結果に比べて何らかの理由で散乱効率が低くなっている可能性が高いことが示された。第二に,中質量前主系列星であるAB Aurの円盤を高解像度観測した結果,惑星の擾乱によるとみられる渦巻構造を一酸化炭素分子輝線放射で新たに見出した。最後に,HL Tauのダスト円盤に対し複数波長の偏光観測を実施した結果,偏光ベクトルパターンに強い波長依存性が見られた。これは,サイズ100μm程度のサイズを持つダストの自己散乱偏光とそれ以外のダストの輻射による整列が同時に起こっている状況で期待される結果と一致する。
次に水やスノーラインに関連する成果として,ALMA観測で有望なラインの特定をモデル計算にて明らかにした。また,すばる中間赤外線差分偏光撮像観測機能の導入を予定通り完了し,平成30年度より,リスクシェアでの共同利用に供されることになった。
理論モデリングについては,まず第一に,円盤中に含まれる惑星が作るギャップについて,ギャップの形状から惑星のパラメータを制限する新たなモデルを提案した。第二に,ダストが高い空隙率を持つ複雑な形状を持つ場合のダスト光学特性を調べ,結果をまとめた論文が受理された。
このほか,残骸円盤に関して,一酸化炭素分子と並び中性炭素原子からの放射を2天体から検出した。これは円盤ガス成分中の水素分子の存在度が低い可能性を示唆する。さらに,赤外線衛星AKARIデータに基づき,新たな残骸円盤候補天体を抽出した。
以上を含め,年度内に18本の査読論文を出版した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アルマ観測に関しては,これまで取得したデータの論文化を進めている。これと並行して,円盤の詳細構造を解明するためと,円盤ダストのサイズを決めるためのミリ波・サブミリ波ダスト偏光観測を複数,新規観測提案を提出している。また,これらの研究の一翼を担う研究員の人選も進めた。これに関連する円盤モデルについては,惑星ギャップ,及びダストの光学特性に関して,理論考察・シミュレーションに基づく研究が進捗した。以上を踏まえて,これらを現在・将来取得されるアルマ観測データとどう比較していくかについての議論を,すでに昨年度に開始している。
IRCSの改造によりすばる中間赤外線差分偏光撮像観測機能を付与する開発は昨年度,当初の予定通りに完了し,平成30年度よりオープンされたリスクシェアの共同利用にて,水氷フィーチャーの探査を2つの原始惑星系円盤に対して実施することが決定している。またこの課題については,水蒸気観測のモデリングとの比較やALMAに対する観測提案などとの連携も開始した。
最後に,残骸円盤の中性炭素原子放射の検出を受けて開始した詳細なガス化学モデル計算も順調に進捗している。具体的には,ガスの起源が一次起源(星間空間から直接取り組まれたもの)であるか二次起源(惑星系内小天体からの脱ガスによるもの)であるかを議論した論文を,間も無く投稿できる見込みである。
以上,全体としては,当初の予定通り順調に進捗している。

Strategy for Future Research Activity

ALMA観測は,初年度同様の観測を継続する。これまでに取得したデータの出版はもちろん,平成30年4月に公募が行われるALMA Cycle 6において提出した観測提案の中から採択されたものの解析を進める。また,円盤の惑星ギャップやダスト光学特性に関する理論モデルでも初年度で十分な進捗が得られたので,これらを観測と比較して惑星形成過程を考える上でキーとなるパラメータを抽出する。具体的には,アルマのダスト放射(測光・偏光)観測ですでに明らかになっている円盤構造や波長依存性を最新のダストモデルに基づき再解釈し,ダストのサイズやアグリゲイト形状を構成する小粒子(モノマー)サイズに関する知見を得る努力を進める。また,惑星ギャップモデルについてはさらなる精緻化(溝近傍の温度・密度構造をより詳細に解いたり,ガスが非局所熱平衡にある場合の輻射輸送計算を可能にする拡張)を進め,より詳細な観測との比較を模索する。ガスと大きなダストの分離についても,数値計算に基づいて詳細に調べる。以上を遷移円盤や若い段階にある円盤に対するALMA観測の結果に適用し,それぞれについて惑星の有無や取り得る惑星質量範囲を議論する。
赤外線観測では,拡張されたすばるIRCSを用いた観測データを蓄積し,氷ダストフィーチャーの検出を複数天体で目指す。最終的には,ALMAやSEEDSの結果と比較可能な約12天体の観測を目指す。残骸円盤についても,ガス化学計算の精緻化を進めるとともにALMAを用いたガス観測データとの比較を通じて,ガスの起源の解明を継続して進める。
以上,全体としては,提案時の方向性から大きな変更をなく当面の研究を推進する。

  • Research Products

    (55 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 18 results,  Open Access: 6 results) Presentation (35 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 12 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Candidate Water Vapor Lines to Locate the H2$O Snowline through High-dispersion Spectroscopic Observations. III. Submillimeter H2^{16}O and H2^{18}O Lines2018

    • Author(s)
      Notsu, S., Nomura, H., Walsh, C., Honda, M., Hirota, T., Akiyama, E., & Millar, T. J.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 855 Pages: 62

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aaaa72

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Orbital Evolution of Moons in Weakly Accreting Circumplanetary Disks2017

    • Author(s)
      Fujii, Y. I., Kobayashi, H., Takahashi, S. Z., & Gressel, O.
    • Journal Title

      The Astronomical Journal

      Volume: 153 Pages: 194

    • DOI

      10.3847/1538-3881/aa647d

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comprehensive Study of Thermal Desorption of Grain-surface Species by Accretion Shocks around Protostars2017

    • Author(s)
      Miura, H., Yamamoto, T., Nomura, H., Nakamoto, T., Tanaka, K. K., Tanaka, H., & Nagasawa, M.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 839 Pages: 47

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa67df

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Detection of Submillimeter-wave [C I] Emission in Gaseous Debris Disks of 49 Ceti and beta Pictoris2017

    • Author(s)
      Higuchi, A. E., Sato, A., Tsukagoshi, T., Sakai, N., Iwasaki, K., Momose, M., Kobayashi, H., Ishihara, D., Watanabe, S., Kaneda, H., & Yamamoto, S.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 839 Pages: L14

    • DOI

      10.3847/2041-8213/aa67f4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Detailed modeling of dust distribution in the disk of HD 1425272017

    • Author(s)
      Soon, K.-L., Hanawa, T., Muto, T., Tsukagoshi, T., & Momose, M.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 69 Pages: 34

    • DOI

      10.1093/pasj/psx007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Faint warm debris disks around nearby bright stars explored by AKARI and IRSF2017

    • Author(s)
      Ishihara, D., Takeuchi, N., Kobayashi, H., Nagayama, T., Kaneda, H., Inutsuka, S.-i., Fujiwara, H., & Onaka, T.
    • Journal Title

      Astronomy and Astrophysics

      Volume: 601 Pages: A72

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201526215

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Size Dependence of Dust Distribution around the Earth Orbit2017

    • Author(s)
      Ueda, T., Kobayashi, H., Takeuchi, T., Ishihara, D., Kondo, T., & Kaneda, H.
    • Journal Title

      The Astronomical Journal

      Volume: 153 Pages: 232

    • DOI

      10.3847/1538-3881/aa5ff3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Planet Formation in AB Aurigae: Imaging of the Inner Gaseous Spirals Observed inside the Dust Cavity2017

    • Author(s)
      Tang, Y.-W., Guilloteau, S., Dutrey, A., Muto, T., Shen, B.-T., Gu, P.-G., Inutsuka, S.-i., Momose, M., Pietu, V., Fukagawa, M., Chapillon, E., Ho, P. T. P., di Folco, E., Corder, S., Ohashi, N., & Hashimoto, J.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 840 Pages: 32

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa6af7

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A likely detection of a local interplanetary dust cloud passing near the Earth in the AKARI mid-infrared all-sky map2017

    • Author(s)
      Ishihara, D., Kondo, T., Kaneda, H., Suzuki, T., Nakamichi, K., Takaba, S., Kobayashi, H., Masuda, S., Ootsubo, T., Pyo, J., & Onaka, T.
    • Journal Title

      Astronomy and Astrophysics

      Volume: 603 Pages: A82

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201628954

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Circumstellar Disk around HD 169142 in the Mid-Infrared (N-Band)2017

    • Author(s)
      Okamoto, Y. K., Kataza, H., Honda, M., Yamashita, T., Fujiyoshi, T., Miyata, T., Sako, S., Fujiwara, H., Sakon, I., Fukagawa, M., Momose, M., & Onaka, T.
    • Journal Title

      The Astronomical Journal

      Volume: 154 Pages: 16

    • DOI

      10.3847/1538-3881/aa7578

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Evidence of Radio Polarization Induced by the Radiative Grain Alignment and Self-scattering of Dust Grains in a Protoplanetary Disk2017

    • Author(s)
      Kataoka, A., Tsukagoshi, T., Pohl, A., Muto, T., Nagai, H., Stephens, I. W., Tomisaka, K., & Momose, M.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 844 Pages: L5

    • DOI

      10.3847/2041-8213/aa7e33

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of Dust Radial Drift on Viscous Evolution of Gaseous Disk2017

    • Author(s)
      Kanagawa, K. D., Ueda, T., Muto, T., & Okuzumi, S.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 844 Pages: 142

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa7ca

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact erosion model for gravity-dominated planetesimals2017

    • Author(s)
      Genda, H., Fujita, T., Kobayashi, H., Tanaka, H., Suetsugu, R., & Abe, Y.
    • Journal Title

      Icarus

      Volume: 294 Pages: 234

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2017.03.009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dust-trapping Vortices and a Potentially Planet-triggered Spiral Wake in the Pre-transitional Disk of V1247 Orionis2017

    • Author(s)
      Kraus, S., Kreplin, A., Fukugawa, M., Muto, T., Sitko, M. L., Young, A. K., Bate, M. R., Grady, C., Harries, T. T., Monnier, J. D., Willson, M., & Wisniewski, J.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 848 Pages: L11

    • DOI

      10.3847/2041-8213/aa8edc

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 1000 au exterior arcs connected to the protoplanetary disk around HL Tauri2017

    • Author(s)
      Yen, H.-W., Takakuwa, S., Chu, Y.-H., Hirano, N., Ho, P. T. P., Kanagawa, K. D., Lee, C.-F., Liu, H. B., Liu, S.-Y., Matsumoto, T., Matsushita, S., Muto, T., Saigo, K., Tang, Y.-W., Trejo, A., & Wu, C.-J.
    • Journal Title

      Astronomy and Astrophysics

      Volume: 608 Pages: A134

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201730894

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Thermal conductivity of porous aggregates2017

    • Author(s)
      Arakawa, S., Tanaka, H., Kataoka, A., & Nakamoto, T.
    • Journal Title

      Astronomy and Astrophysics

      Volume: 608 Pages: L7

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201732182

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The fundamental stellar parameters of FGK stars in the SEEDS survey2017

    • Author(s)
      Rich, E. A., Momose, M.(38番目), 他60名
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 472 Pages: 1736

    • DOI

      10.1093/mnras/stx2051

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Modelling of deep gaps created by giant planets in protoplanetary disks2017

    • Author(s)
      Kanagawa, K. D., Tanaka, H., Muto, T., & Tanigawa, T.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 69 Pages: 97

    • DOI

      10.1093/pasj/psx114

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Clarifying the Status of HD 100546 as Observed by the Gemini Planet Imager2017

    • Author(s)
      Currie, T., Brittain, S., Grady, C. A., Kenyon, S. J., & Muto, T.
    • Journal Title

      Research Notes of the American Astronomical Society

      Volume: 1 Pages: 40

    • DOI

      10.3847/2515-5172/aaa022

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crescent and Ring Structures Discovered in the Protoplanetary Disk around V 1247 Ori2018

    • Author(s)
      S. Kraus, A. Kreplin, M. Fukagawa, T. Muto, M. L. Sitko, A. Young, M. Bate, C. Grady, T. Harries, J. D. Monnier, M. Willson, J. Wisniewski
    • Organizer
      日本天文学会2018年春季年会
  • [Presentation] Observations of dust continuum emission at 1.3mm from the protoplanetary disk around DG Tau2017

    • Author(s)
      百瀬宗武
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [Presentation] ALMAアーカイブを用いたデブリ円盤のガス探査2017

    • Author(s)
      佐藤愛樹
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [Presentation] ALMA Observations the Protoplanetary Disk around AB Aur: the Inner Gaseous Spirals Observed inside the Dust Cavity2017

    • Author(s)
      Ya-Wen Tang、武藤恭之
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [Presentation] Characteristics of dust particles in protoplanetary disks: New insights obtained by ALMA2017

    • Author(s)
      Munetake MOMOSE
    • Organizer
      ALMA Long Baseline Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Observations of disks around young stellar objects: Recent progresses and Prospects of polarization observations with SPICA2017

    • Author(s)
      Munetake MOMOSE
    • Organizer
      SPICA Science Conference 2017 (SPICA 研究会)
    • Invited
  • [Presentation] 2030年代の電波天文学ミッション2017

    • Author(s)
      百瀬宗武
    • Organizer
      2030年代の光赤外分野スペースミッションワーキンググループ
    • Invited
  • [Presentation] The studies of nearby star forming regions and protoplanetary disks with ALMA2017

    • Author(s)
      Munetake MOMOSE
    • Organizer
      Future Exploration of Star and Planet Formation with Subaru
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 原始惑星系円盤の観測研究 ~NMAからALMAへ~2017

    • Author(s)
      百瀬宗武
    • Organizer
      電波天文学によるサイエンスの到達点と未来を俯瞰する
    • Invited
  • [Presentation] Hydrodynamical Structures in Protoplanetary Disks and their Possible Connections to Observations with ALMA2017

    • Author(s)
      Takayuki Muto
    • Organizer
      Mini-Workshop on Protoplanetary Disks
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ガス放射で強い非軸対称性を示す AB Aur 周囲の原始惑星系円盤2017

    • Author(s)
      武藤恭之
    • Organizer
      基研研究会 原始惑星系円盤
  • [Presentation] ビジビリティ分布の解析による、非対称構造を持った円盤の抽出方法2017

    • Author(s)
      武藤恭之
    • Organizer
      原始星と原始惑星系円盤の形成進化過程についてのワークショップ
  • [Presentation] A Method of Detecting Non-Axisymmetric Structures from the Interferometric Observations of Protoplanetary Disks2017

    • Author(s)
      武藤恭之
    • Organizer
      東工大惑星系研究会
  • [Presentation] Detecting Non-Axisymmetric Structures of Protoplanetary Disks from Low-Resolution Radio Interferometric Data2017

    • Author(s)
      Takayuki Muto
    • Organizer
      Planet Formation and Evolution 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 原始惑星系円盤構造の観測と惑星形成への示唆2017

    • Author(s)
      武藤恭之
    • Organizer
      宇宙生命計算科学連携拠点第3回ワークショップ
    • Invited
  • [Presentation] Detecting Non-Axisymmetric Structures of Protoplanetary Disks from Low-Resolution Radio Interferometric Data2017

    • Author(s)
      Takayuki Muto
    • Organizer
      RESCEU/Planet2 International Symposium "Planet Formation around Snowline"
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Physical Mechanisms of Rossby Wave Instability and its Non-linear Outcome: Implicatons for Lopsided Structures in Protoplanetary Disks2017

    • Author(s)
      Takayuki Muto
    • Organizer
      Exoplanets and Planet Formation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ALMA Fellow Program Report2017

    • Author(s)
      Takayuki Muto
    • Organizer
      2017 ALMA/45m/ASTE Users Meeting
  • [Presentation] 氷マントルダストのサイズ分布と微惑星形成への影響2017

    • Author(s)
      田中秀和
    • Organizer
      基研研究会「原始惑星系円盤」
  • [Presentation] 氷マントルダストのサイズ分布とダスト付着成長への影響2017

    • Author(s)
      田中秀和
    • Organizer
      日本惑星科学会2017年秋季講演会
  • [Presentation] 氷マントルダストのサイズ分布とダスト付着成長への影響2017

    • Author(s)
      田中秀和
    • Organizer
      日本天文学会2017年秋季年会
  • [Presentation] MICHI Science cases : protoplanetary disks2017

    • Author(s)
      本田充彦
    • Organizer
      The 2017 Thirty Meter Telescope Science Forum
  • [Presentation] Subaru thermal-infrared studies on ice and silicate in the protoplanetary disks2017

    • Author(s)
      Mitsuhiko Honda
    • Organizer
      Future Exploration of Star and Planet Formation with Subaru
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Toward solid observations of snow line2017

    • Author(s)
      Mitsuhiko Honda
    • Organizer
      10th RESCEU/Planet2 Symposium Planet Formation around Snowline
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Subaru/IRCS 熱赤外偏光観測機能の立ち上げ1 撮像偏光試験観測結果2017

    • Author(s)
      本田充彦
    • Organizer
      日本天文学会2017年秋季年会
  • [Presentation] TMT 中間赤外線観測装置MICHI 提案の現状報告2017

    • Author(s)
      本田充彦
    • Organizer
      光学赤外線天文連絡会シンポジウム
  • [Presentation] TMT/MICHI current concept2017

    • Author(s)
      Mitsuhiko Honda
    • Organizer
      The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive: from galaxies and stars to planets and life
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Debris disc formation induced by planetary growth2017

    • Author(s)
      Hiroshi Kobayashi
    • Organizer
      Workshop on gaseous debris disks
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] From planetesimals to planets in a turbulent disk2017

    • Author(s)
      Hiroshi Kobayashi
    • Organizer
      Planet Formation and Evolution 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] From planetesimals to planets in a turbulent disk2017

    • Author(s)
      Hiroshi Kobayashi
    • Organizer
      10th RESCEU/Planet2 Symposium Planet Formation around Snowline
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 地球型惑星形成巨大衝突ステージにおける微惑星の衝突・破壊の重要性2017

    • Author(s)
      小林浩
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [Presentation] 惑星系と衝突の歴史2017

    • Author(s)
      小林浩
    • Organizer
      惑星科学フロンティアセミナー2017
    • Invited
  • [Presentation] 微惑星から惑星への乱流円盤中での成長2017

    • Author(s)
      小林浩
    • Organizer
      日本天文学会2017年秋季年会
  • [Presentation] デブリ円盤のガス2017

    • Author(s)
      小林浩
    • Organizer
      Workshop on star & planet formation
  • [Presentation] 衝突とデブリ円盤2017

    • Author(s)
      小林浩
    • Organizer
      天体の衝突物理の解明 (XIII) ~太陽系の進化過程におけるダストの役割~
  • [Remarks] デブリ円盤に炭素ガス検出 --若い惑星系に残るガスは塵から供給--

    • URL

      http://www.ibaraki.ac.jp/news/2017/04/071457.html

URL: 

Published: 2018-12-17  

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