2017 Fiscal Year Research-status Report
大規模シミュレーションによる小惑星カリクロのリング構造の研究
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17K14378
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| Research Institution | Kyoto Women's University |
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Principal Investigator |
道越 秀吾 京都女子大学, 現代社会学部, 助教 (60572229)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 太陽系 / 小惑星 / リング / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2014年に土星と天王星の間の軌道を周回する小惑星カリクロの周囲に，二重リング構造の存在が確認された．惑星以外では初めて確認されたリング構造である．本研究の目的は，大規模数値シミュレーションを用いて，小惑星リング構造や維持機構，形成過程を明らかにすることである．従来の理論研究においては，一様構造が数百万年以上にわたり維持されてきたとの仮定が用いられてきた．そこで，大規模数値シミュレーションを実施し，一様構造が安定に維持される条件を調べた．本研究では自己重力を考慮した大域シミュレーションのコードを開発した．リングの研究としては，初めての試みである．まず，小惑星とリングが同一の物質密度であると仮定しシミュレーションを行った．その結果，数日程度という極めて短い時間スケールでリングが分裂してしまうことがわかった．一方で，リングの密度がカリクローの密度の半分以下である場合は，数日以内のリングの分裂は見られなかった．したがって，この小惑星カリクロのリングは，小惑星本体に比べて低密度の異なる物質できていることが予想される．このような状況下において，シミュレーションを繰り返した結果，現実的な物理パラメータにおいて，自己重力ウェイク構造という複雑な微細構造が生じることがわかった．この構造は，土星のリングにおいて発生していると考えられている構造であり，土星以外でも生じるうることを初めて見出した．一般にこの構造が存在する場合，一様なリングに比べて，リング拡散が飛躍的に早まる．そのため，未発見の衛星が存在し，リング拡散が抑えられている可能性がある．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２９年度までの計画は，必要なシミュレーションコードの基本部分の開発とリングの安定存在条件の確認であった．２９年度までに，シミュレーションコードの開発と安定条件の確認を終えることができた．これらは，当初予定していた計画に沿うものであり，順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により，リングが安定に存在するための条件を得ることができた．しかし，現実的なパラメータにおいては，自己重力ウェイク構造という複雑な微細構造が生じ，リング拡散が早まる可能性があることが分かった．このリングの年齢は形成論的な観点から１００万年以上であることが推測されている．一方で，自己重力ウェイク構造によるリング拡散の理論モデルを用いると，数１００年程度の時間で拡散するため，リング年齢と矛盾している．自己重力ウェイク構造のリング拡散への影響については，理論研究やモデルはあるものの，重力多体シミュレーションによる検証が行われていない．そのため，まず今後の研究の第一歩としては，リング拡散の直接数値シミュレーションを行い，理論の妥当性の検証を行う．リング拡散の理論の妥当性が検証された場合，何らかの考慮していない効果によって，拡散が抑えられていると考えられる．その１つはリング近傍の未発見の衛星である．これが羊飼い衛星としてはたらき，リング拡散を抑えている可能性がある．羊飼い衛星による拡散の抑制も理論研究が行われているものの，数値シミュレーションによる研究が行われていない．そこで，近傍衛星をおいたシミュレーションを行い，拡散過程への影響を調べる．
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| Causes of Carryover |
当初計画していた負荷の非常に高い長期間シミュレーションは，次年度以降に行うように予定を変更し，初年度の計算機の導入を見合わせたため，繰越金が生じた．次年度以降の研究計画においては，このシミュレーションを行うことを計画しており，加速器計算機システムを購入する．
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