2023 Fiscal Year Research-status Report

ダスト層の鉛直構造モデリングが明らかにする円盤進化と惑星形成

Research Project

Project/Area Number	21K13983
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	瀧哲朗東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任研究員 (20898267)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	数値流体力学 / 惑星系形成 / 原始惑星系円盤
Outline of Annual Research Achievements	惑星系形成とは原始惑星系円盤の内部で進行する固体物質（ダスト）のサイズ進化過程であると考えることができる．そのため「原始惑星系円盤内部でダストがどのように分布しているのか」というのは惑星系の形成過程を考える上で鍵となる情報である．ALMAをはじめとする近年の大型電波干渉計技術の進展により，我々は10年前に比べると遥かに高解像度のダスト分布を知ることができるようになってきた．さて，ここで言う「分布」とは「空間的な分布」のことを指しているが，これは言うまでもなく空間3次元の情報である．しかしながら，どのような撮像観測であっても得られる情報は本質的に2次元である．それゆえ，いかに優れた観測結果であっても真のダスト空間分布を知るためには失われた1次元分の情報をモデルによって補う必要がある．原始惑星系「円盤」はその名の通り第ゼロ近似では2次元的な比較的薄い構造であるため，特に「厚み」方向，すなわち円盤鉛直方向の情報を観測から直接得ることは難しい．しかしダストのサイズ進化に直接関わってくるのは鉛直方向に積分されたダスト密度ではなくダストの局所的な空間密度であるため，この鉛直方向分布の情報は惑星系形成過程において本質的に重要となる．しかしながら，実は現在広く用いられているダスト空間分布の理論計算手法には，いくつかの（致命的な）問題点が存在することが知られている．本研究では，現状の理論モデルの問題点の存在を改めて整理・指摘し，それらを解決するための新しい計算手法を提案することを目指している．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 昨年度までに取り組んでいた粒子ベースの計算手法から大きく方針を転換し，より応用の幅が広いと見込まれる，格子ベースの数値流体力学計算で使用可能なサブグリッドモデルの開発に着手した．今年度の研究を通して，従来モデルの問題点を整理・指摘するとともに，我々のモデルが目指す "ダスト分布計算のあるべき姿" を明確に定義し，その定式化にほぼ成功した．ただし研究手法の大幅な方針転換が生じたために全体としては計画は遅延気味であると判断した．
Strategy for Future Research Activity	今年度の研究によって全く新しく，かつ有用なダスト分布計算モデルの定式化がほぼ完了した．今後はこのモデルを実際の数値流体計算コードに実装し，従来モデルの結果との比較を精密に行う．結果の比較を通して，我々のモデルの意義が明らかになると期待されるので，その成果を年度内に論文化して出版する計画である．
Causes of Carryover	新型コロナウイルスの感染拡大によって生じた昨年度までの全体的な計画の遅延を引きずったため次年度使用額が生じた．次年度使用分については，今年度までの成果をまとめた論文の出版費用と，成果を報告するための国際会議の出張費として主に使用する計画である．