原始惑星系円盤のダストと氷昇華線の統合進化モデル

• 研究課題/領域番号: 16K17661
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 奥住 聡 東京工業大学, 理学院, 准教授 (60704533)
• 研究協力者: 森 昇志 ; 田崎 亮 ; 本間 和明
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ダスト / 原始惑星系円盤 / 惑星形成 / 氷昇華線 / 惑星起源・進化 / 理論天文学

研究成果の概要

地球をはじめとする惑星は、若い星の周囲にあるガスと塵(ダスト)の円盤（原始惑星系円盤）の中で形成されると考えられている。この円盤の内側には氷が存在できない領域があり、その領域の限界線のことを氷昇華線という。本研究では、原始惑星系円盤の現実的な内部加熱メカニズムを理論シミュレーションを用いて詳しく調べ、氷昇華線が太陽系形成の大部分の期間において現在の地球軌道よりも内側に存在していた可能性があることを明らかにした。また、ダストから惑星が形成される過程と、氷昇華線が移動する過程を矛盾無く取り扱える理論モデルを完成させ、氷昇華線の外側で氷を多量に含む小天体が急速に形成される新たなメカニズムを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球は岩石を主成分とする惑星であり、原始惑星系円盤の氷昇華線より内側で形成されたと考えられる。しかし、氷昇華線が具体的に太陽からどの程度の距離に存在していたのかは、これまで謎に包まれていた。本研究により、ダストから惑星が形成される過程と、氷昇華線が移動する過程を、1つの一貫した理論モデルによって研究することが可能になった。さらに、太陽系を生んだ円盤は従来の推定よりも低温だったはずであり、水に欠乏する地球は現在よりも太陽に近い軌道付近で形成された可能性があることを明らかにした。これらの成果は、「地球がどのように形成されたのか？」という人類の根源的な問いの解明を大きく後押しするものである。

研究成果

• [国際共同研究] Jet Propulsion Laboratory(米国)
• [国際共同研究] 清華大学(中国)
• [国際共同研究] Max Planck Institute for Astronomy(ドイツ)
• [国際共同研究] Jet Propulsion Laboratory(米国)
• [国際共同研究] 清華大学(中国)
• [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)
• [国際共同研究] Jet Propulsion Laboratory/Harvard University(米国)
• [雑誌論文] Millimeter-wave Polarization Due to Grain Alignment by the Gas Flow in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka, Satoshi Okuzumi, Ryo Tazaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 874 号: 1 ページ: L6-L6
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab0c9a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature Structure in the Inner Regions of Protoplanetary Disks: Inefficient Accretion Heating Controlled by Nonideal Magnetohydrodynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, S., Bai, X-N., & Okuzumi, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 872 号: 1 ページ: 98-98
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust Pileup at the Dead-zone Inner Edge and Implications for the Disk Shadow (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda Takahiro、Flock Mario、Okuzumi Satoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 号: 1 ページ: 10-10
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf3a1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microphysical Modeling of Mineral Clouds in GJ1214 b and GJ436 b: Predicting Upper Limits on the Cloud-top Height (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohno, K., & Okuzumi, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 859 号: 1 ページ: 34-34
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aabee3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impacts of Dust Feedback on a Dust Ring Induced by a Planet in a Protoplanetary Disk (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K. D., Muto, T., Okuzumi, S., Tanigawa, T., Taki, T., & Shibaike, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 868 号: 1 ページ: 48-48
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae837
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Does Misalignment between Magnetic Field and Angular Momentum Enhance or Suppress Circumstellar Disk Formation? (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto Y.、Okuzumi S.、Iwasaki K.、Machida M. N.、Inutsuka S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 868 号: 1 ページ: 22-41
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae4dc
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Apparent Disk-mass Reduction and Planetesimal Formation in Gravitationally Unstable Disks in Class 0/1 YSOs (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto, Satoshi Okuzumi, and Akimasa Kataoka
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 838 号: 2 ページ: 151-151
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytic Expressions for the Inner-rim Structure of Passively Heated Protoplanetary Disks (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda Takahiro、Okuzumi Satoshi、Flock Mario
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 843 号: 1 ページ: 49-49
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa74b5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] What pebbles are made of: Interpretation of the V883 Ori disk (2017)
  • 著者名/発表者名: Schoonenberg Djoeke、Okuzumi Satoshi、Ormel Chris W.
  • 雑誌名: Astrophysical & Astrophysics 巻: 605 ページ: L2-L2
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201731202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Dust Radial Drift on Viscous Evolution of Gaseous Disk (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa Kazuhiro D.、Ueda Takahiro、Muto Takayuki、Okuzumi Satoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 844 号: 2 ページ: 142-142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa7ca1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electron Heating and Saturation of Self-regulating Magnetorotational Instability in Protoplanetary Disks (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori Shoji、Muranushi Takayuki、Okuzumi Satoshi、Inutsuka Shu-ichiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 849 号: 2 ページ: 86-86
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8e42
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Satellitesimal Formation via Collisional Dust Growth in Steady Circumplanetary Disks (2017)
  • 著者名/発表者名: Shibaike Yuhito、Okuzumi Satoshi、Sasaki Takanori、Ida Shigeru
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 846 号: 1 ページ: 81-81
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8454
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Gap with a Deficit of Large Grains in the Protoplanetary Disk around TW Hya (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi, T.., Nomura, H., Muto, T.., Kawabe, R., Ishimoto, D., Kanagawa, K. D., Okuzumi, S., Ida, S., Walsh, C., & Millar, T. J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: Volume.829 号: 2 ページ: L35-L35
  • DOI: 10.3847/2041-8205/829/2/l35
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sintering-induced Dust Ring Formation in Protoplanetary Disks: Application to the HL Tau Disk (2016)
  • 著者名/発表者名: Okuzumi, S., … (全5名)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: vol. 821, 82 号: 2 ページ: 82-82
  • DOI: 10.3847/0004-637x/821/2/82
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ダストからガスへの摩擦反作用が巨大惑星が作るダストリング構造に与える 影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金川和弘, 武藤恭之, 奥住聡, 谷川享行, 瀧哲朗, 芝池諭人
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] CO2 氷を考慮したダスト成長モデルによる HL Tau 円盤のサブミリ波偏光観 測の再現 (2019)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡, 田崎亮
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤におけるガス流によるダスト整列に起因するミリ波偏光予測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡章雅, 奥住聡, 田崎亮
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] ミリ波散乱偏波で探る原始惑星系円盤のダストの構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田崎亮, 田中秀和, 武藤恭之, 片岡章雅, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] Microphysical Modeling of Mineral Clouds in Warm Super-Earths: Predicting Upper Limits on the Cloud-Top Height (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野和正, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 有機物マントルを持つ岩石ダストの付着:モデル構築と微惑星形成への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本間和明, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 周惑星円盤における微衛星形成に対するダストサイズ分布の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 尾崎遼平, 奥住聡, 芝池 諭人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Temperature Structure of Weakly-Ionized Protoplanetary Disks (2018)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, Xuening Bai, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 系外惑星大気におけるサイズ分布を考慮した雲粒の凝縮成長 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関航佑, 奥住聡, 大野和正
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] ダストとスノーラインの共進化: 数値計算法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡, Neal Turner
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] TW Hya まわりの原始惑星系円盤からの分子輝線のALMA観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村英子, 塚越崇, 川邊良平, 武藤恭之, 秋山永治, 相川祐理, 金川 和弘, 奥住聡, 井田茂, C. Walsh, T. J. Millar
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] TW Hya の原始惑星系円盤に付随する局所的なサブミリ波超過の検出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 塚越崇, 川邊良平, 武藤恭之, 野村英子, 奥住聡, 井田茂, 橋本淳, 金川和弘, 鵜山太智, 田村元秀, Catherine Walsh,Tom Millar
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤中の非理想磁気流体力学効果に依存する温度構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, Xuening Bai, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] 有機物マントルを持つシリケイトダストの合体成長と微惑星形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本間和明, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] 雲粒の空隙率進化によるスーパーアースの高層雲形成と大気組成への示唆 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野和正, 奥住聡, 田崎亮
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] ガリレオ衛星の新しい形成シナリオ (2018)
  • 著者名/発表者名: 芝池諭人, Chris W. Ormel, 井田茂, 奥住聡, 佐々木貴教
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 焼結が誘起する若い原始惑星系円盤での多重ダストリング形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡, 百瀬宗武, 城野信一, 小林浩, 田中秀和, 田崎亮, 檜口航太
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 系外惑星大気における鉱物雲形成: 凝縮成長による雲粒のサイズ分布計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関航佑, 奥住聡, 大野和正
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 粉体実験及び N 体計算による 放出物カーテン中での粒子衝突の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩澤聖徳, 黒澤耕介, 奥住聡, 長谷川直, 村主崇行
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 惑星形成研究の最新の動向と将来 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム2018
  • 招待講演
• [学会発表] CO2 氷が引き起こすダストの衝突破壊: HL Tau円盤の観測への示唆 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡, 檜口航太
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] デッドゾーン内側境界における岩石質ダストの濃集 (2018)
  • 著者名/発表者名: 植田高啓, 奥住聡, Mario Flock
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤内縁のダスト濃集領域が作り出す円盤表層の影構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 植田高啓, 奥住聡, Mario Flock
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤における焼結したダストのサイズ分布の進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 檜口航太, 奥住聡
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2017-05-20
• [学会発表] 磁気回転不安定性の空間分布に依存するスノーラインの位置 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, 奥住聡
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2017-05-20
• [学会発表] 焼結の効果を入れたダストアグリゲイトの３次元衝突シミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 長尾整道, 奥住聡, 城野信一, 田中秀和
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2017-05-20
• [学会発表] 原始惑星系円盤における電子加熱による磁気乱流の抑制: 成層構造を考慮した磁気流体数値計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] デッドゾーン内側境界周辺における円盤構造とダストの濃集 (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田高啓, 奥住聡, Mario Flock
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] Dust growth inside and outside the snow line (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi
  • 学会等名: Disk Formation Workshop 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dust growth and planetesimal formation near the snow line in protoplanetary disks (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Satellitesimal formation in circumplanetary disks (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi
  • 学会等名: Circumplanetary Disks and Satellite Formation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3 次元衝突シミュレーションによる焼結したアグリゲイトの破壊強度測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長尾整道, 奥住聡, 城野信一, 田中秀和
  • 学会等名: 日本天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] 磁気流体計算に基づいた原始惑星系円盤の降着加熱 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, Xue-ning Bai, 奥住聡
  • 学会等名: 日本惑星科学会2017年秋季講演会
• [学会発表] デッドゾーン内縁における岩石ダストの濃集不安定性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田高啓, 奥住聡
  • 学会等名: 日本惑星科学会2017年秋季講演会
• [学会発表] Dust Sintering and Ring Formation near the Snow Lines in Protoplanetary Disks (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi
  • 学会等名: Japanese-German Workshop on Planet Formation
  • 発表場所: 石垣島ビーチホテルサンシャイン（沖縄県石垣市）
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] 電子加熱による原始惑星系円盤の磁気乱流の抑制 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, 奥住聡, 犬塚修一郎
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016年秋季年会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] 原始惑星系円盤内縁領域の温度構造の解析解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 植田高啓, 奥住聡, Mario Flock
  • 学会等名: 日本惑星科学会2016年秋季年会
  • 発表場所: ノートルダム清心女子大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] Dust growth in the early stage of planet formation (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi
  • 学会等名: New Directions in Planet Formation
  • 発表場所: Lorentz Center (Leiden, The Netherlands)
  • 年月日: 2016-07-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Suppression of MRI Turbulence by Electron Heating in Protoplanetary Disks (2016)
  • 著者名/発表者名: Shoji Mori, Takayuki Muranushi, Satoshi Okuzumi, Shu-ichiro Inutsuka
  • 学会等名: 4th Session of the Sant Cugat Forum on Astrophysics
  • 発表場所: Sant Cugat Hotel (Barcelona, Spain)
  • 年月日: 2016-04-18
  • 国際学会
• [備考] 奥住聡 個人ウェブサイト
  • URL: http://www.geo.titech.ac.jp/~sokuzumi/
• [備考] 奥住聡 個人ウェブサイト
  • URL: http://www.geo.titech.ac.jp/~sokuzumi/
• [備考] 奥住聡 個人ウェブページ
  • URL: http://www.geo.titech.ac.jp/~sokuzumi/