2018 Fiscal Year Research-status Report
磁気流体シミュレーションを用いた原始星への質量降着最終過程の解明
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18K13579
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
高棹 真介 名古屋大学, 理学研究科, 学振特別研究員(PD) (90794727)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁気流体力学 / 降着円盤 / 星形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は予定通りシミュレーションコードの拡張を進めてきた。まず星の熱対流をより現実的に扱うために、現実的な状態方程式を扱えるよう準備を進めた。また本研究では強い磁場を持つ原始星を扱うが、強い磁場があると星の上空でアルヴェーン速度が非常に大きくなって計算の時間刻みが制限され、本研究で追いたい時間スケールを追うことができなくなってしまう問題が事前に認識されていた。この問題を緩和するために、新しい数値計算法を開発し現在使用しているシミュレーションコード（Athena++）に実装した（Matsumoto, Miyoshi, and Takasao 2019 ApJ）。この手法は、Boris correctionと呼ばれる相対論に基づく基礎方程式から出発してアルヴェーン速度に上限を設ける手法を、衝撃波捕獲スキームとして広く用いられているHLLD法に導入したものになっている。輻射輸送部分については、Flux Limited Diffusion 近似を用いたコードを現在開発・テストしている段階である。まだ上記すべての物理を取り入れたモデルは開発中であるが、星表面と円盤内縁の２次元モデルはテスト計算を開始している。
当該年度はコード開発元のプリンストン大学に２週間滞在し、Stone教授らと研究の展開について十分に議論をすることができた。例えば、現在の研究計画は星と円盤の相互作用に注目しているが、その状況を単純化して降着ガスが星にどう取り込まれるかを局所的に調べるモデルも使って研究を進めたほうが良いのではないかという助言ももらった。これについては兼ねてから考えてはいたものの、議論により考えがより具体化された。
科学論文としての成果についてはまだ十分に得られていないが、国内外の研究発表では本研究の現状を報告してきている。
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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
当該年度の目標はシミュレーションコードの拡張であり、それについては概ね予定通りに進んでいるため「おおむね順調に進展している」と判断した。特に、強い磁場が存在するときに時間刻みが小さくなりすぎて計算が進まなくなる状況が最も深刻な問題の一つと考えていたが、それを緩和する手法を開発・導入できたことは大きい。その他の輻射輸送や現実的な状態方程式の導入は、詳細な部分を除けばある程度手法が確立している面もあり、着々と導入は進んでいる。現在はこれらの残りの部分の導入を進めるのと同時に、次年度で取り組む予定の２次元モデルの構築・テスト計算にも取り掛かっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も基本的に当初の計画に沿って進める。まず早急にコード開発の残りの部分（特に輻射輸送部分）を済ませ、現実的な星表面と円盤内縁の相互作用モデルの構築を２次元モデルから進めていく。目標は、星内部の対流や差動回転などで磁場の増幅が起きて星外側の大まかな磁場が自発的に形成される原始星モデルを作り、さらにその原始星が周囲の磁化した円盤と相互作用するというモデルを作ることである。原始星の光度といったパラメータは恒星進化計算コードMESAの結果を用いて選ぶことを考えて準備をしている。２次元モデルを作ることで計算に必要な分解能や計算量などを調査し、今後の３次元計算に必要な計算資源を推定する。そして必要であれば追加の計算資源を確保する。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗が順調だったために、次年度以降に購入予定だったデータ解析用の高性能PCを使う必要性が当該年度に出てきた。そこで当該年度中に高性能PCを用意することが研究を遂行する上で得策だと考え、購入計画を前倒ししたために差額が生じることになった。
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