2020 Fiscal Year Research-status Report
Ring formation and dust growth in protoplanetary disks studied by ALMA polarization observations and radiative transfer calculations
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20K14533
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大橋 聡史 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (50808730)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 原始惑星系円盤 / 原始星円盤 / ダスト成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では原始惑星系円盤のリング構造に着目し、その形成とそこでのダストの成長について調べている。
初年度はALMAの偏光観測を用いて、原始惑星系円盤IRS 48天体のミリ波偏光観測を行った。偏光を含めた輻射輸送計算との比較によって、ミリ波偏光の起源が自己散乱によることを明らかにした。
この天体はVLAによるセンチ波とALMAによる他波長のダスト連続波観測が行われているため、これらの観測データを合わせて、円盤のダスト分布を調べた。その結果、ミリ波では光学的に厚く、円盤上層部のダストが観測され、センチ波では円盤中央面を観測していることを示した。また円盤上層のダストサイズはおよそ100ミクロン程度であることも示した。近年、いくつかの原始惑星系円盤でミリ波散乱が検出されており、ダストのサイズがおよそ100ミクロン程度であることが示唆されているが、IRS 48円盤と同様に、ミリ波が光学的に厚く、円盤上層を観測しており、円盤の中央面では大きなダストが存在する可能性を指摘した。
また、近年ではClass 0/Iのような原始星円盤の形成段階ですでにリングが観測されているため、その形成シナリオについてダストの付着成長の観点から調べた。ダストの付着成長は円盤の公転周期に反比例するため、内側から順にダストが成長していく。そのため、付着成長が進んでいる内側と、進んでいない外側の境界でリングが観測されることを示した。さらに、これまでClass 0/I原始星円盤で観測されているリング構造は、このようなダストの付着成長によって説明することができることがわかった。
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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
近年、ALMAの偏光観測でミリ波の散乱が検出されてきた。本研究でもIRS 48円盤のミリ波偏光が散乱であることを示し、これによりダストのサイズが100ミクロン程度であることが示された。
いくつかの円盤で散乱による偏光が検出されていることから、ダストのサイズが100ミクロン程度までしか成長していないことを考えらる。しかしながら、本研究によって、ミリ波が光学的に厚い場合、散乱偏光は円盤の上層を観測しており、中央面では大きなダストが存在しても観測できない可能性を指摘した。
また本研究によってセンチ波などの長波長による観測の重要性も示すことができた。
一方で、ダスト成長が円盤進化のどの段階から始まるかは重要な課題である。本研究ではダストの付着成長が原始星円盤が形成・成長している段階ですでに進み、リングを形成する可能性を示すことができた。また観測と比較することで、Class 0/I円盤で観測されているリングはこのシナリオで説明できることもわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はALMAの観測プロポーザルを積極的に行い、原始星円盤のリング形成をダストの付着成長で説明可能なのか、多波長観測によって明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
Covid-19の世界的な影響によって国際研究会や、国際共同研究の遂行が難しく、旅費に充てていた費用を使用できなかった。
今後は、世界的な状況を踏まえながら、オンライン会議へと適用していくためにモニターやPCの拡張を行っていく。またALMAやVLAの観測データも届いてくる予定なので、大規模容量のストレージを増やす。
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