2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of the Microphysics of Dust Growth through a Large-scale Survey of Dust Numerical Simulations

Research Project

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Project/Area Number	19K03941
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Hidekazu Tanaka 東北大学, 理学研究科, 教授 (00282814)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	和田浩二千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 主席研究員 (10396856) 奥住聡東京工業大学, 理学院, 准教授 (60704533) 田中今日子東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (70377993)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	原始惑星系円盤 / ダスト / ダスト衝突破壊 / 惑星形成 / 微惑星
Outline of Final Research Achievements	In this study, the dust particle interaction model was developed based on our molecular dynamics simulations, and we constructed a highly accurate and detailed model for dust microphysics, by performing a large-scale survey of simulations of dust aggregate collisions with the developed particle interaction model. Molecular dynamics simulations have shown that strong energy dissipation occurs even in relatively low-velocity collisions. Numerical simulations of dust collisions incorporating this energy dissipation mechanism have revealed a universal collision velocity threshold for dust fragmentation and size distributions of the fragments at each collision. In addition, analytical models of the dust internal density and dust bounce conditions have been developed, which are useful for understanding dust in protoplanetary disks.
Free Research Field	惑星科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	微惑星に至るまでの形成過程において、ダスト衝突合体または破壊の過程に関する知見は不可欠である。本研究で発展させたダスト微物理モデルはダスト衝突における合体条件をほとんど不定性なしに議論することを可能にした。また、本研究で発展させた、破片サイズ分布や、ダスト密度進化、ダストの衝突跳ね返り条件等の各理論モデルは、原始惑星系円盤やデブリ円盤におけるダスト進化理論の今後の研究において非常に有力なツールであり、精度の高い研究を推進していく助けとなるものである。