ベガ型星の観測により検証可能な微惑星形成理論の構築

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20540232
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 竹内 拓 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 科学研究費研究員 (40372651)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中川 義次 神戸大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30172282) ; 田中 秀和 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (00282814)
• Keywords: 惑星形成 / 太陽系外惑星 / ベガ型星 / 原始惑星系円盤 / ダスト

Research Abstract

微惑星形成は、乱流状態にある原始惑星系円盤の中で行われると考えられる。原始惑星系円盤において、赤道面に沈殿したダストが永年重力不安定を起こし微惑星形成にいたるために必要な条件を求めた。これは、前年度の研究で、赤道面にダスト層ができた際に励起される乱流の強さを求めたが、その結果を使うことにより、解析が可能となった。その結果、特に円盤が初期に持っているダスト・ガス比に対して制限が付き、ダスト・ガス比が太陽組成の数倍程度になっていれば、永年重力不安定が起こることを明らかにした。このダストの濃縮は、円盤内でのダストの移動によって実現される可能性があり、これまで難しいとされていた重力不安定による微惑星形成の可能性を示すものである。また、永年重力不安定が起こるには、ダスト層起源以外の要因による乱流の強さが、αパラーメーターに換算して10-5程度以下である必要性を示した。そこで、続いて、円盤が磁気乱流によって進化をする場合を考察した。この場合は、円盤全体が乱流状態となる。この乱流の強さは、円盤を貫く縦磁場の強さに依存する。円盤の密度の進化が磁場の強さの進化に強く依存することを明らかにし、定常降着円盤になる時は、磁場の分布が決まってしまい、磁場がこれより小さいときに、磁気乱流不活性領域に円盤ガスがたまることを明らかにした。この結果は、AL融などの高分解能観測によって検証可能であり、円盤の構造の進化から、磁場の進化を解き明かすことができることを明らかにした。また、ベガ型星に移行しつつあると思われる、遷移円盤と呼ばれる天体のすばる望遠鏡による観測結果の解析に参加し、そのスパイラル構造の解析から円盤の温度などの物理状態を求めることができることを示した。

Research Products

• [Journal Article] Induced Turbulence and the Density Structure of the Dust Layer in a Protoplanetary Disk (2012)
  • Author(s): Takeuchi, T., Muto, T., Okuzumi S., Ishitsu, N., Ida, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 744 Pages: 101(16pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/744/2/101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery of Small-Scale Spiral Structures in the Disk of SAO 206462 (HD 135344B) : Implications for the Physical States of theDisk from Spiral Density Wave Theory (2012)
  • Author(s): Muto, T., Grady, C.A., Hashimoto, J., et al.(Takeuchi, T.as the 16th author of 62 authors)
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 748 Pages: L22(7pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/748/2/L22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Minimum Dust Abundances for Planetesimal Formation via Secular Gravitational Instabilities (2012)
  • Author(s): Takeuchi, T., Ida, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 749 Pages: 89(8pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/749/1/89
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth of Cosmic Dust Aggregates and Reexamination of Particle Interaction Models (2012)
  • Author(s): Tanaka H., Wada, K., Suyama, T., Okuzumi, S.
  • Journal Title: Prog.of Theor.Phys. Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid Coagulation of Porous Dust Aggregates outside the Snow Line : a Pathway to Successful Icy Planetesimal Formation (2012)
  • Author(s): Okuzumi, S., Tanaka, H., Kobayashi, H., Wada, K.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrostatic Barrier Against Dust Growth in Protoplanetary Disks. I. C lassifying the Evolution of Size Distribution (2011)
  • Author(s): Okuzumi, S., Tanaka, H., Takeuchi, T., Sakagami, M-a.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 731 Pages: 95(20pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/731/2/95
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrostatic Barrier Against Dust Growth in Protoplanetary Disks. II. Measuring the Size of the "Frozen" Zone (2011)
  • Author(s): Okuzumi, S., Tanaka, H.. Takeuchi, T., Sakagami. M-a.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 731 Pages: 96(14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/731/2/96
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Silicate Dust Size Distribution from Hypervelocity Collisions : Implications for Dust Production in Debris Disks (2011)
  • Author(s): Takasawa, S., Nakamura, A. M., Kadono, T., Arakawa, M., Dohi, K., Ohno, S., Seto, Y., Maeda, M., Shigemori, K., Hironaka, Y., Sakaiya, T., Fujioka, S., Sano, T., Otani, K, Watari, T., Sangen, K., Setoh, M., Machii, N., Takeuchi, T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 733 Pages: L39(4pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8206/733/2/L39
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the Interaction between a Protoplanetary Disk and a Planet in an Eccentric Orbit : Application of Dynamical Friction (2011)
  • Author(s): Muto, T., Takeuchi, T., Ida, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 737 Pages: 101(16pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/737/1/37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Planetary Core Formation with Collisional Fragmentation and Atmosphere to Form Gas Giant Planets (2011)
  • Author(s): Kobayashi, H., Tanaka, H., Krivov, A.V
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 738 Pages: 35(11pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/738/1/35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Rebound Condition of Dust Aggregates Revealed by Numerical Simulation of Their Collisions (2011)
  • Author(s): Wada, K., Tanaka, H., Suyama, T., Kimura, H., Yamamoto, T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 737 Pages: 36(12pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/737/1/36
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular dynamics simulations of nucleation from vapor to solid composed of Lennard-Jones molecules (2011)
  • Author(s): Tanaka, K.K., Tanaka, H., Yamamoto, T., Kawamura, K.
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 134 Pages: 204313(13pp)
  • DOI: 10.1063/1.3593459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Dynamics Simulations of Nucleation from Vapor with Lennard-Jones Type and H2O Molecules (2011)
  • Author(s): Tanaka, K.K, Tanaka H., Yamamoto, Y., Kawamura K.
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Ice Volume: 12 Pages: 307-312
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 磁気乱流不活性領域を考慮した原始惑星系円盤の面密度分布 (2012)
  • Author(s): 竹内拓
  • Organizer: 日本天文学会2012年春季年会
  • Place of Presentation: 龍谷大学、京都
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] 磁気乱流による原始惑星系円盤の進化:ALMAと惑星形成への応用 (2012)
  • Author(s): 竹内拓
  • Organizer: 研究会『地球型惑星の起源と進化』
  • Place of Presentation: 白馬ロイヤルホテル、長野
  • Year and Date: 2012-02-21
• [Presentation] 原始惑星系円盤におけるダスト層起源の乱流 (2011)
  • Author(s): 竹内拓
  • Organizer: 研究会「天文学を中心とした理工学での乱流研究」
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所、東京(ポスター)
  • Year and Date: 20111028-20111029
• [Presentation] 分子動力学計算によるサブミクロン微粒子相互作用の解明 (2011)
  • Author(s): 田中秀和
  • Organizer: 分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学、東京
  • Year and Date: 2011-12-07
• [Presentation] MD計算による微粒子衝突時のエネルギー散逸過程の解明 (2011)
  • Author(s): 田中秀和
  • Organizer: 天体の衝突物理の解明VII
  • Place of Presentation: 北大低温科学研究所、北海道
  • Year and Date: 2011-11-19
• [Presentation] Molecular dynamics simulation of mechanical interaction between sub-micron spherical Particles (2011)
  • Author(s): Hidekazu Tanaka
  • Organizer: Nonequilibrium Dynamics in Astrophysics and Material Science
  • Place of Presentation: Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoyo(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-02
• [Presentation] ガス抵抗およびダスト層内の乱流を考慮したダスト層の重力不安定性 (2011)
  • Author(s): 竹内拓
  • Organizer: 日本惑星科学会2011年度秋季講演会
  • Place of Presentation: 相模女子大学、神奈川県
  • Year and Date: 2011-10-24
• [Presentation] 分子動力学計算によるダスト微粒子相互作用の解明 (2011)
  • Author(s): 田中秀和
  • Organizer: 日本惑星科学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 相模女子大学、神奈川
  • Year and Date: 2011-10-24
• [Presentation] Disk-Planet Interaction and Planetesimal formation (2011)
  • Author(s): 竹内拓
  • Organizer: Ishigaki International Workshop (FSP2011) "Formation of Stars & Planets 2011"
  • Place of Presentation: Ishigaki, Okinawa, JAPAN
  • Year and Date: 2011-10-03
• [Presentation] Collisional Growth of Dust aggregates in Protoplanetary Disks (2011)
  • Author(s): Hidekazu Tanaka
  • Organizer: Extreme Solar System II
  • Place of Presentation: Moran, USA(ポスター)
  • Year and Date: 2011-09-12
• [Presentation] ナノ粒子の衝突と転がり摩擦の分子動力学計算 (2011)
  • Author(s): 田中秀和
  • Organizer: トライボロジー会議
  • Place of Presentation: オリンピック記念青少年総合センター、東京
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] 弱い乱流下にあるダスト層でのダスト成長と衝突破壊 (2011)
  • Author(s): 竹内拓
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場、千葉
  • Year and Date: 2011-05-24