2021 Fiscal Year Research-status Report
Chemical evolution of protoplanetary disks: the effect of dust evolution
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21K13967
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
古家 健次 国立天文台, 科学研究部, 特任助教 (80783711)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原始惑星系円盤 / 星間化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はダストの合体成長進化に伴う原始惑星系円盤の化学進化を明らかにすることを目的とする。その目的のため、本年度は以下のことを行った。
１）ダストが赤道面に沈殿した円盤の元素組成の時間発展を、ダスト沈殿、乱流によるガス・ダストの攪拌効果、気相・固相反応を整合的に解くことで明らかにした。その結果、円盤表層の炭素・酸素存在量は百万年以内に1-2桁程度小さくなる一方、窒素存在量はせいぜい1桁程度の減少に留まることがわかった。すなわち、百万年程度のタイムスケールで円盤表層は、炭素・酸素に比べ、相対的に窒素に富んだ組成になることを理論的に初めて明らかにした。窒素存在量は、惑星大気組成から円盤内での惑星形成位置を探る試みや円盤ガス質量の推定の重要な指標になりうることが期待される。
２）氷ダストの半径ドリフトを考慮した円盤物理化学モデルをもとに、円盤内縁部からの赤外線放射スペクトルの理論予測を行った。円盤ガスの元素組成よりも、ダストサイズ分布の仮定に結果が強く依存することが分かった。
３）ALMA観測によりHC18O+分子を原始惑星系円盤で初検出した。それを用いて円盤ガス中の一酸化炭素(CO)の酸素同位体組成を制約した。太陽系始原物質中の酸素同位体組成を説明する理論によれば円盤ガス中の一酸化炭素は重い同位体に枯渇しているはずであるが、我々の観測からはそのような兆候は見られなかった。酸素同位体分別には紫外線環境が重要な要因であることが示唆された。
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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
円盤ガスが窒素に相対的に富んだ組成になるという重要な結果を示せた。またHC18O+分子を用いることで、これまで研究が困難であった円盤ガスの酸素同位体組成に制約を与えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
JWST観測との比較に向けて、円盤内縁部からの赤外線放射スペクトルの理論予測モデルの改善を行う。具体的には円盤内ダスト分布をより物理的に正確なものに改善する。また2022年度に窒素の研究のため構築したモデルを同位体を取り扱えるように拡張することで、円盤表層ガスと赤道面の氷の同位体組成の関係を明らかにし、ALMAによる円盤ガス観測と彗星氷の観測の比較を可能にする。
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| Causes of Carryover |
共同研究のためオランダに1-2週間程度滞在する予定であったが、新型コロナウイルスの感染状況を踏まえ、渡航を延期したため。繰越金及び2022年度分として請求した助成金は、共同研究のための海外出張費、および国内外で開催される学会・研究会等で精力的に研究成果を発表するための旅費として使用する予定である。また論文の執筆及び成果発表用としてノートパソコンを一台購入する予定である。
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Research Products
(18 results)
