2023 Fiscal Year Annual Research Report
A new scenario of dust growth in protoplanetary disks explored through large-scale direct numerical simulations of turbulence
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20H01948
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
石原 卓 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (10262495)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥住 聡 東京工業大学, 理学院, 准教授 (60704533)
梅村 雅之 筑波大学, 計算科学研究センター, 特命教授 (70183754)
木村 芳文 名古屋大学, 多元数理科学研究科, 特任教授 (70169944)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ダスト成長 / 乱流 / 大規模直接数値計算 / 原始惑星系円盤 / 微惑星形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原始惑星系円盤のダスト成長の新シナリオ構築のため乱流の大規模直接数値計算(DNS)を活用した研究を実施しており、本研究では特に高レイノルズ数の乱流 (格子点数4096の3乗、Re=36500) のDNSにおいて、膨大な数(2048の3乗個×慣性の大きさの異なる8種類)の慣性粒子の運動を追跡したデータの解析を進めてきた。その結果、乱流中で衝突付着成長し慣性が増したダストは一般的には衝突速度の平均が限界付着速度を超え、衝突破壊してしまうというシナリオが従来の「衝突破壊問題」であるが、実際の高レイノルズ数乱流中では渦度の強いアクティブ領域と渦度の弱い非アクティブ領域が存在し、アクティブ領域ではダストの衝突は促進されるが限界付着速度を超える衝突も増加するため付着率が減少するが、非アクティブ領域では付着率が平均より高くなり、そのような領域で粒子密度が高い場合にはダスト成長が寡占的に起きうることが示唆された。さらに、一連の乱流の大規模DNSの結果により、高レイノルズ数であるほど渦度やエネルギー散逸率の間欠性が強くなり、それらが極端に大きい値をとる確率が高まる一方、値が平均以下となる非アクティブ領域の体積も増加することから、慣性の大きい粒子が寡占的に成長できる領域も増加傾向にあることが示唆されている。また、乱流(格子点数2048の3乗、Re=16100) 中のダスト粒子の衝突付着シミュレーション(追跡粒子数1024の3乗個)を実施した結果では、実際に限界付着速度以下で衝突付着成長した粒子は、成長して慣性の増した粒子ほど粒子数の増加率が高くなること、また、付着成長して慣性の大きくなった粒子の付着率は、もとから慣性の大きい粒子同士の付着率より高いことが判明した。以上の結果から、乱流中で衝突付着成長した粒子は互いに低速衝突が可能な領域で寡占的に成長する傾向があり、従来の「衝突破壊問題」が現実的な高レイノルズ数乱流中で回避できる可能性が示唆された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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