固体微粒子から惑星まで直接合体成長による惑星形成理論モデルの構築

• 研究課題/領域番号: 17K05632
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 小林 浩 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (40422761)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: 惑星形成 / 原始惑星系円盤 / 固体微粒子 / 微惑星 / 原始惑星 / 巨大ガス惑星 / ダスト / デブリ円盤 / 衝突 / 惑星起源・進化 / 固体地球物理学 / 理論天文学

研究成果の概要

原始惑星系円盤の中で、0.1ミクロンサイズの固体微粒子が集積し数千キロサイズを超える惑星が形成される。これまでの惑星形成理論では固体微粒子の成長、中間体である微惑星の成長、微惑星から原始惑星の成長など、限られた質量レンジでの成長が主に調べられてきた。しかし、近年では原始惑星が数十センチサイズの小石を集積して成長するなど、広い質量レンジの惑星成長を調べることの重要性が指摘されてきた。本研究では、固体微粒子から惑星までの40桁以上に及ぶ衝突進化による成長を一貫して取り扱えるシミュレーションのコードを開発した。その結果、これまで困難であった巨大ガス惑星の短期形成(数十万年)が可能になることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、惑星形成過程を包括的に解釈するシミュレーションができるようになった。つまり、惑星形成の初期条件である原始惑星系円盤と太陽系や系外惑星系などの完成した惑星系との関係性の議論が可能になった。本研究で示唆される固体微粒子の合体成長により原始惑星系円盤に作られるリング状の構造から、原始惑星系円盤の中に見られる惑星形成の兆しを示す研究にも発展させた。

研究成果

• [国際共同研究] ニールス・ボーア研究所(デンマーク)
• [国際共同研究] アムステルダム大学(オランダ)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Ring Formation by Coagulation of Dust Aggregates in the Early Phase of Disk Evolution around a Protostar (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, S., Kobayashi, H., Nakatani, R., Okuzumi, S., Tanaka, H., Murakawa, K., Zhang, Y., Liu, H. B., & Sakai, N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 907 号: 2 ページ: 80-80
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd0fa
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] New Growth Mechanism of Dust Grains in Protoplanetary Disks with Magnetically Driven Disk Winds (2021)
  • 著者名/発表者名: Taki Tetsuo、Kuwabara Koh、Kobayashi Hiroshi、Suzuki Takeru K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 909 号: 1 ページ: 75-75
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd79f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., Honda, R., Hirata, N. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6491 ページ: 654-659
  • DOI: 10.1126/science.aaz6306
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Is water ice an efficient facilitator for dust coagulation? (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Hiroshi、Wada Koji、Kobayashi Hiroshi、Senshu Hiroki、Hirai Takayuki、Yoshida Fumi、Kobayashi Masanori、Hong Peng K、Arai Tomoko、Ishibashi Ko、Yamada Manabu
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 498 号: 2 ページ: 1801-1813
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2467
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-resolution simulations of catastrophic disruptions: Resultant shape distributions (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugiura Keisuke、Kobayashi Hiroshi、Inutsuka Shu-ichiro
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 181 ページ: 104807-104807
  • DOI: 10.1016/j.pss.2019.104807
  • 査読あり
• [雑誌論文] Importance of Giant Impact Ejecta for Orbits of Planets Formed during the Giant Impact Era (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Hiroshi、Isoya Kazuhide、Sato Yutaro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 887 号: 2 ページ: 226-226
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab5307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First Subarcsecond Submillimeter-wave [C i] Image of 49 Ceti with ALMA (2019)
  • 著者名/発表者名: Higuchi Aya E.、Saigo Kazuya、Kobayashi Hiroshi、Iwasaki Kazunari、Momose Munetake、Lou Soon Kang、Sakai Nami、Kunitomo Masanobu、Ishihara Daisuke、Yamamoto Satoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 号: 2 ページ: 180-180
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3d26
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Near- to mid-infrared spectroscopy of the heavily obscured AGN LEDA 1712304 with AKARI/IRC (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuchikawa T.、Kaneda H.、Oyabu S.、Kokusho T.、Morihana K.、Kobayashi H.、Yamagishi M.、Toba Y.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 626 ページ: 130-137
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935483
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Collisional elongation: Possible origin of extremely elongated shape of 1I/‘Oumuamua (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugiura Keisuke、Kobayashi Hiroshi、Inutsuka Shu-ichiro
  • 雑誌名: Icarus 巻: 328 ページ: 14-22
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.03.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] From Planetesimal to Planet in Turbulent Disks. II. Formation of Gas Giant Planets (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Hiroshi、Tanaka Hidekazu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 862 号: 2 ページ: 127-127
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aacdf5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collisional disruption of planetesimals in the gravity regime with iSALE code: Comparison with SPH code for purely hydrodynamic bodies (2018)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu Ryo、Tanaka Hidekazu、Kobayashi Hiroshi、Genda Hidenori
  • 雑誌名: Icarus 巻: 314 ページ: 121-132
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2018.05.027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toward understanding the origin of asteroid geometries (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugiura K.、Kobayashi H.、Inutsuka S.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 620 ページ: A167-A167
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201833227
  • 査読あり
• [雑誌論文] Star formation induced by cloud?cloud collisions and galactic giant molecular cloud evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Masato I N、Kobayashi Hiroshi、Inutsuka Shu-ichiro、Fukui Yasuo
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: SP2
  • DOI: 10.1093/pasj/psy018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Orbital Evolution of Moons in Weakly Accreting Circumplanetary Disks (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujii Yuri I.、Kobayashi Hiroshi、Takahashi Sanemichi Z.、Gressel Oliver
  • 雑誌名: Astronomical Journal 巻: 153 号: 4 ページ: 194-194
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa647d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Size Dependence of Dust Distribution around the Earth Orbit (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda Takahiro、Kobayashi Hiroshi、Takeuchi Taku、Ishihara Daisuke、Kondo Toru、Kaneda Hidehiro
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 153 号: 5 ページ: 232-232
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa5ff3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of Submillimeter-wave [C i] Emission in Gaseous Debris Disks of 49 Ceti andβPictoris (2017)
  • 著者名/発表者名: Higuchi Aya E.、Sato Aki、Tsukagoshi Takashi、Sakai Nami、Iwasaki Kazunari、Momose Munetake、Kobayashi Hiroshi、Ishihara Daisuke、Watanabe Sakae、Kaneda Hidehiro、Yamamoto Satoshi
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 839 号: 1 ページ: L14-L14
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa67f4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Faint warm debris disks around nearby bright stars explored by AKARI and IRSF (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishihara, Daisuke; Takeuchi, Nami; Kobayashi, Hiroshi; Nagayama, Takahiro; Kaneda, Hidehiro; Inutsuka, Shu-ichiro; Fujiwara, Hideaki; Onaka, Takashi
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 601 ページ: A72-A72
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201526215
  • NAID: 120006380356
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact erosion model for gravity-dominated planetesimals (2017)
  • 著者名/発表者名: Genda, H., Fujita, T., Kobayashi, H., Tanaka, H., Suetsugu, R., and Abe, Y.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 印刷中 ページ: 234-246
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2017.03.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Dust in Planet Formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kobayashi
  • 学会等名: PERC Int'l Symposium on Dust & Parent Bodies 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 惑星形成の衝突史解明に向けた はやぶさ2のデータの重要性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 「惑星形成過程とはやぶさ２探査」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ダストから惑星への直接合体成長とALMAで観測される原始惑星系円盤の進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林浩、大橋聡
  • 学会等名: JpGU - AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 原始惑星系円盤中でのダストから惑星まで一貫した直接合体成長の理論的研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林浩、田中秀和
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会
• [学会発表] ダストから惑星まで直接合体成長を取り扱う統一シミュレーション (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林浩、田中秀和
  • 学会等名: 2020年度惑星科学会秋季講演会
• [学会発表] 原始惑星系円盤中でのダストから惑星まで一貫した直接合体成長の理論的研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡村達弥、小林浩
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会
• [学会発表] Collisional Growth From Dust to Planets in a Protoplanetary Disk (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kobayashi and Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: Cosmic Dust
  • 国際学会
• [学会発表] ダストから直接合体成長による惑星形成の理論的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 浩、田中 秀和
  • 学会等名: JpGU2019
• [学会発表] デブリ円盤のガス観測から、円盤散逸へ制約を与える理論的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 浩、岩崎 一成、樋口 あや
  • 学会等名: JpGU2019
• [学会発表] Collisional Fragmentation in Giant Impact Stages (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kobayashi
  • 学会等名: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 巨大衝突起源の破片がもたらす地球型惑星の軌道進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林浩、磯谷和秀、佐藤雄太郎
  • 学会等名: 日本惑星科学会2019年秋季講演会
• [学会発表] Collisional Evolution from Dust to Planets in a Protoplanetary Disk (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kobayashi
  • 学会等名: Workshop on “Planet formation in Protoplanetary disks with magnetized disk winds’’
  • 国際学会
• [学会発表] 微惑星円盤中での微惑星から惑星への成長：破壊モデル依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林浩，田中秀和
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Formation of Planets from Collisional Growth in Turbulent Disks (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kobayashi
  • 学会等名: FROM RRESTELLAR CORES TO SOLAR NEBULAE
  • 国際学会
• [学会発表] 強い乱流が作る巨大惑星 : 巨大ガス 惑星形成のための条件 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] Formation of Planets from Collisional Growth in Turbulent Disks (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kobayashi
  • 学会等名: Jepanese-German meeting on Exoplanets and Planet Formation 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 衝突・破壊を考慮した惑星形成:惑星成と乱流の強さ (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 2018年日本惑星科学会秋季講演会
• [学会発表] デブリ円盤と惑星形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: ALMAワークショップ：円盤から太陽系へ
  • 招待講演
• [学会発表] 小惑星帯の衝突史 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 平山族発見から100年 ― 太陽系における天体衝突・進化過程の理解の現状
  • 招待講演
• [学会発表] デブリ円盤のガスの起源と炭素ガス観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林浩、岩崎一成
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Collisional History in Main Belt (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 天体の衝突物理の解明(XIV)
• [学会発表] Gas in Debris Disks (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: Cosmic Dust X
  • 国際学会
• [学会発表] Debris disc formation induced by planetary growth (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: Workshop on gaseous debris disks
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From planetesimals to planets in a turbulent disk (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: Planet Formation and Evolution 2017
  • 国際学会
• [学会発表] From planetesimals to planets in a turbulent disk (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 10th RESCEU/Planet2 Symposium Planet Formation around Snowline
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 地球型惑星形成巨大衝突ステージにおける微惑星の衝突・破壊の重要性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
• [学会発表] 惑星系と衝突の歴史 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 惑星科学フロンティアセミナー2017
  • 招待講演
• [学会発表] 微惑星から惑星への乱流円盤中での成長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] デブリ円盤のガス (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: Workshop on star & planet formation
• [学会発表] 衝突とデブリ円盤 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩
  • 学会等名: 天体の衝突物理の解明 (XIII) ～太陽系の進化過程におけるダストの役割～
• [備考]
  • URL: http://www.astro-th.phys.nagoya-u.ac.jp/~hkobayas/index_j.html
• [備考]
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20210202_sci1.pdf
• [備考] 小林浩のホームページ：論文
  • URL: http://www.astro-th.phys.nagoya-u.ac.jp/~hkobayas/page_j/jp/lun_wen.html
• [備考] Recent publications from TA-lab
  • URL: http://www.ta.phys.nagoya-u.ac.jp/talab/paper.html