2020 Fiscal Year Research-status Report
Hydrodynamics of a Rotating Gas Disk Associated with Outflows
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19K03906
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
花輪 知幸 千葉大学, 先進科学センター, 教授 (50172953)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 洋介 千葉大学, 大学院理学研究院, 特任准教授 (20397475)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 数値シミュレーション / 流体力学 / 星形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度に開発した円筒座標系を用いた流体力学方程式の差分解法を、米国天文学会でオンライン発表するとともに、Astrophysical Journal で発表した。ここで用いた方法は、単位ベクトルが１つの数値セルでも中央と表面で異なることを考慮して、セルの体積や表面積を決めている。この考え方は３次元曲座標にも拡張可能であることを見出した。また構造に極端な非対称性が切られる原始星のモデルを改良した。原始星の周りを回転するガス円盤と新たに落下するガスを識別するために、化学組成を表す変数を導入した。これによりガス円盤の一部が削られることや、ガス円盤の上下面に落下するガスが流れ込む様子を鮮明にすることができた。さらに観測との対応を明らかにするため、このモデルを分子輝線で観測した場合に期待される輝度分布をもとめ、原始星 TMC-1Aの観測的特徴を大まかに再現することを確かめた。さらに関連する問題として、自己重力を考慮した流体力学方程式の解法について、イリノイ大学の大学院生 P. Mullen 氏、 C. Gammie 同大教授と共同研究を行なった。自己重力はデカルト座標を用いた場合でも流体力学方程式に源泉項を加える。この源泉項も重力テンソルの発散と同値になるよう差分化可能であることを実例を持って示した。このように差分化を行うと、エネルギーや運動量が丸め誤差の範囲で厳密に保存させることができる。重力テンソルの発散が単位体積あたりの加速と等しくなるのは、重力加速度の回転が消える場合である。この関係は磁気流体力学で問題となるdiv B問題と裏返しの問題である。この成果もAstrophysical Journal Supplement に発表した。
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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
数値的に安定かつ、従来よりも格段に長い時間ステップで計算できるコードの開発が目標であったが、曲線座標や自己重力など流体力学方程式に現れる源泉項を統一的にエネルギーや運動量を打ち切り誤差なしに求められるようになったことは期待以上の成果である。一方でコロナ感染症の拡大により適切な発表の機会が少なく、広報活動が十分でない。特に原始星のモデルについてはまだ準備不足である。これらを考慮して上記のように評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
３次元極座標でも、円筒座標系の場合と同様に、遠心力を打ち切り誤差のない形で取り込める目処が立ったので、数値計算コードを作成し実証実験を行う。また原始星 TMC-1Aのモデルも、学術雑誌での出版を目指して準備を続ける。年度前半はオンラインに限られるが、得られた成果を口頭発表する機会を探す。
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| Causes of Carryover |
コロナ感染症の影響で本来ならば参加し発表する予定であった国際集会が複数、中止あるいは延期された。また国内での学会や研究集会もオンライン開催となった。これらにより計上されていた旅費が不要となり、次年度への繰越金が発生した。令和3年度後半から国際会議が開催されるようになったならば、積極的に参加し、研究成果発表を行う。年度後半になっても事態が改善しない場合は、オンラインでの研究成果発表や、期間を延長して令和4年度に成果発表を行うことを考える。
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