2020 Fiscal Year Research-status Report
Exploration of universal star and planet formation processes through the studies of chemical structures in protoplanetary disks and exoplanetary atmospheres
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20K22376
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
野津 翔太 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (40874649)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 原始惑星系円盤 / スノーライン / 原始星エンベロープ / 星・惑星形成 / 星間化学 / 太陽系外惑星 / ALMA / C/O比 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、原始星段階から原始惑星系円盤(以下、"円盤")までの化学構造計算[研究A]と系外惑星大気の化学構造計算[研究B]などを通じ、最新の観測結果による裏付けも踏まえた現実的な惑星形成理論を構築する事を目的としている。以下、2020年度の研究実績概要を述べる。
[研究A] 原始星段階から円盤散逸期までの物理構造と化学構造の時間進化を同時に扱うモデルを構築することを目指している。本年度は原始星進化初期段階に着目し、ダスト表面反応、及びX線&UV放射による破壊反応などを取り入れた詳細な化学反応モデルの構築と計算を進めた。またそれらを元に、中心原始星のX線放射が周囲のエンベロープおよび円盤の化学進化に与える影響や、ALMA等による分子(H2Oなど)輝線観測への示唆などを議論した一編の論文をまとめ、査読付き国際学術誌に投稿、既に受理されている。(現在出版に向け校正作業中) 更に並行して、円盤のスノーライン位置や分子組成分布(C/O比など)の同定を目指した分子輝線観測の予測の議論を、ALMA、SPICA、ngVLA等各波長の望遠鏡に対して進めた。これらの検討結果の一部はSPICAサイエンス検討会最終報告書やngVLA-J memo seriesなどの文書の形で公開済みである。
[研究B] 系外惑星大気化学構造と円盤内惑星形成環境の関係の詳細理解を目指している。本年度は惑星大気中の元素組成比としてEistrup et al. 2016の複数の円盤化学進化モデルの場合の値を採用した上で系外ガス惑星大気の化学平衡計算を行い、円盤化学進化が惑星大気の化学構造に与える影響や、惑星形成環境を制限可能なC/O比の組み合わせなどについて議論した。更にその成果を自ら筆頭著者として1編の論文にまとめ、査読付国際学術誌に投稿、既に出版済みである。
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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
[研究A] 申請者は円盤のダスト進化 (成長・破壊・落下)・中心星の光度変化・X線&UV放射・光蒸発等による影響も順次考慮した上で、原始星段階から円盤散逸期までの物理構造と化学構造の時間進化を同時に扱うモデルの構築を目指している。本年度はそのうち原始星進化初期段階に着目し、ダスト表面反応、及びX線&UV放射による破壊反応などを取り入れた詳細な化学反応モデルの構築と計算を概ね予定通り進めた上で、成果を査読論文にまとめることができた。また並行して、円盤のスノーライン位置や分子組成分布(C/O比など)の同定を目指した分子輝線観測の予測の議論を、ALMA、SPICA、ngVLA等各波長の望遠鏡に対して進め、各望遠鏡の将来サイエンス検討書類の執筆などにも一定の貢献をすることができた。
[研究B] 本年度は大気中の元素組成比としてEistrup et al. 2016の複数の円盤化学進化モデルの場合の値を採用した上で惑星大気の化学平衡計算を行い、円盤化学進化が惑星大気の化学構造に与える影響や、惑星形成環境を制限可能なC/O比の組み合わせの議論を進めた上で、それらの成果を査読論文にまとめることができた。また、系外惑星大気の理論・観測を専門とする研究者の方々との新たな議論も進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
[研究A] 2020年度に引き続き、原始星段階から円盤散逸期までの物理構造と化学構造の時間進化を同時に扱うモデルの構築を進める。2021年度は新たに光蒸発の影響・ダスト進化なども順次物理構造進化に取り入れた計算を行い、円盤内での現実的な物理進化を考慮した化学進化過程を明らかにする。計算結果を元に円盤中のスノーラインの位置とガス・ダスト中の C/O 比分布の進化過程についても議論を行う。更に物理構造進化の影響を受けやすいH2O関連分子や有機分子に関して、ALMA等の観測結果と比較する事で、化学進化モデルの検証を行う。また、ALMA、JWST、ngVLA等各波長の望遠鏡に対しての観測予測の議論も進める。
[研究B] 円盤化学反応計算の手法を応用し、新たに系外ガス惑星大気の化学反応計算も試みる。また、初期元素組成として[研究A]で行う物理構造と化学構造の進化を同時に扱う計算の結果を用いる。
最後に [研究 B]で得た系外惑星大気化学構造と[研究 A]で得た円盤化学構造を理論・観測の両面から比較する事で、惑星形成領域に制限を加える。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大に伴い、当初予定していた国内出張及び国外出張(研究打ち合わせ、学会発表などが目的)が中止・延期となり、全てオンラインでの実施となったため。
未使用で残った差額については、2021年度に物品費及び出張旅費(新型コロナ感染拡大状況は最大限に配慮した上で実施)等で使用予定である。
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