原始惑星系円盤磁場の進化過程の解明

• 研究課題/領域番号: 18K13581
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 塚本 裕介 鹿児島大学, 理工学域理学系, 助教 (70748475)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 原始惑星系円盤 / 惑星 / 部分電離プラズマ / 磁気流体力学 / 星形成 / 惑星形成 / 原始星形成 / 磁場

研究成果の概要

本研究では、2019年度において分子雲ガスに含まれるダストのサイズが円盤磁束の進化に影響を与えることが明らかにした。次に、2020年度はダストの成長が磁束進化に与える影響を解明するためにダストガス2流体磁気流体力学コードの定式化と実装に取り組んだ。ダスト-ガス2流体の新しい数値計算手法を提案し査読論文として報告された。また、このコードを用いて2021年度に新しい物理現象である「原始惑星系円盤の降灰」を発見し、レター誌に受理されるとともにプレスリリースをおこなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の最も重要な成果は「原始惑星系円盤の降灰現象」です。以下でその内容について述べます。我々の研究グループは、惑星の種となる固体微粒子の「ダスト」(数ミリメートル程度に成長した塵)が惑星のゆりかごである「原始惑星系円盤」に降り積もる現象を、スーパーコンピュータを用いたシミュレーションによって発見しました。
地球上の火山噴火による降灰は、人々の生活に大きな影響を与えますが、今回発見した天空の「降灰」は、円盤の外側領域で惑星の種を成長させるメカニズムとなる可能性があります。また、今回の発見は、星と惑星形成についてのまったく新しい理論的理解への道を開くという点でも重要なものです。

研究成果

• [国際共同研究] ウエスタンオンタリオ大学(カナダ)
• [雑誌論文] “Ashfall” Induced by Molecular Outflow in Protostar Evolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto Yusuke、Machida Masahiro N.、Inutsuka Shu-ichiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 920 号: 2 ページ: L35-L35
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac2b2f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conditions for Justifying Single-fluid Approximation for Charged and Neutral Dust Fluids and a Smoothed Particle Magnetohydrodynamics Method for Dust?Gas Mixture (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto Y.、Machida M. N.、Inutsuka S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 913 号: 2 ページ: 148-148
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abf5db
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dust polarized emission observations of NGC 6334 (2021)
  • 著者名/発表者名: Arzoumanian D.、Furuya R. S.、Hasegawa T.、Tahani M.、et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 647 ページ: A78-A78
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038624
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observations of Magnetic Fields Surrounding LkHα 101 Taken by the BISTRO Survey with JCMT-POL-2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ngoc Nguyen Bich、他、including Kohji Tomisaka
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 908 号: 1 ページ: 10-10
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd0fc
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Early Evolution of Disk, Outflow, and Magnetic Field of Young Stellar Objects: Impact of Dust Model (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto Y.、Machida M. N.、Susa H.、Nomura H.、Inutsuka S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 896 号: 2 ページ: 158-158
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab93d0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The JCMT BISTRO Survey: Magnetic Fields Associated with a Network of Filaments in NGC 1333 (2020)
  • 著者名/発表者名: Doi Yasuo、Hasegawa Tetsuo、Furuya Ray S.、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 899 号: 1 ページ: 28-28
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aba1e2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Effect of Misalignment between the Rotation Axis and Magnetic Field on the Circumstellar Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirano Shingo、Tsukamoto Yusuke、Basu Shantanu、Machida Masahiro N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 898 号: 2 ページ: 118-118
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9f9d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Star?disc alignment in the protoplanetary discs: SPH simulation of the collapse of turbulent molecular cloud cores (2020)
  • 著者名/発表者名: Takaishi Daisuke、Tsukamoto Yusuke、Suto Yasushi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 492 号: 4 ページ: 5641-5654
  • DOI: 10.1093/mnras/staa179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planet Formation around Supermassive Black Holes in the Active Galactic Nuclei (2019)
  • 著者名/発表者名: Wada, Keiichi; Tsukamoto, Yusuke; Kokubo, Eiichiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 886 号: 2 ページ: 107-113
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab4cf0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The JCMT BISTRO Survey: The magnetic field in the starless core rho Ophiuchus C (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu, J., Qiu, K., Berry, D., Francesco, J. D., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 877 号: 1 ページ: 43-43
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0958
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dependence of Hall coefficient on grain size and cosmic ray rate and implication for circumstellar disc formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Koga, Shunta; Tsukamoto, Yusuke; Okuzumi, Satoshi; Machida, Masahiro N.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 484 号: 2 ページ: 2119-2136
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3524
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pebble accretion in Class 0/I YSOs as a possible pathway for early planet formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yuki A、Tsukamoto Yusuke
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 484 号: 2 ページ: 1574-1588
  • DOI: 10.1093/mnras/stz069
  • 査読あり
• [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] Possible Counterrotation between the Disk and Protostellar Envelope around the Class I Protostar IRAS 04169+2702 (2018)
  • 著者名/発表者名: Takakuwa Shigehisa、Tsukamoto Yusuke、Saigo Kazuya、Saito Masao
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 865 号: 1 ページ: 51-51
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aadb93
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Fields toward Ophiuchus-B Derived from SCUBA-2 Polarization Measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Soam, Archana; Pattle, Kate; Ward-Thompson, Derek; Lee, Chang Won; Sadavoy, Sarah; Koch, Patrick M.; Kim, Gwanjeong; Kwon, Jungmi; Kwon, Woojin; Arzoumanian, Doris; Berry, David; Hoang, Thiem; Tamura, Motohide; Lee, Sang-Sung; Liu, Tie; Tsukamoto, Yusuke et.al
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 861 号: 1 ページ: 65-78
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aac4a6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A First Look at BISTRO Observations of the ρ Oph-A core (2018)
  • 著者名/発表者名: Kwon, Jungmi; Doi, Yasuo; Tamura, Motohide; Matsumura, Masafumi; Pattle, Kate; Berry, David; Sadavoy, Sarah; Matthews, Brenda C.; Ward-Thompson, Derek; Hasegawa, Tetsuo; Furuya, Ray S.; Pon, Andy; Di Francesco, James; Arzoumanian, Doris; Tsukamoto, Yusuke et.al
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 859 号: 1 ページ: 4-26
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aabd82
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 原始星アウトフローによって引き起こされる原始惑星系円盤への「降灰」 (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚本裕介
  • 学会等名: 天文学会秋季年会
• [学会発表] 低温かつ任意のダストサイズ分布で正確な磁気抵抗値の解析モデルの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚本裕介
  • 学会等名: 天文学会春季年会
• [学会発表] Impact of magnetic field on circumstellar disk formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto
  • 学会等名: Magnetic Fields in the Universe 7
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Early-stage evolution of disk, outflow and magnetic flux in YSOs (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto
  • 学会等名: ALMA science workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 粒子法によるMHD計算：SPMHDの手法とその円盤形成シミュレーションへの応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚本裕介
  • 学会等名: STE シミュレーション研究会 計算プラズマ物理の新潮流
  • 招待講演
• [学会発表] 星形成後期課程でのオーム散逸、両極性散逸の役割について (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚本裕介
  • 学会等名: ２０１９年日本天文学会秋季年会
• [学会発表] Protostar and Protoplanetary Disk observation with SKA (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚本裕介
  • 学会等名: SKA-Japan シンポジウム2019
  • 招待講演
• [学会発表] Importance of non-ideal phenomena in protostar formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto
  • 学会等名: Polarimetry in the ALMA era:a new crossroads of astrophysics,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Non-ideal MHD simulations of formation of circumstellar disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto
  • 学会等名: Max Planck Princeton Center Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] The formation of protostars and disks with all the three non-ideal MHD effects (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto
  • 学会等名: AAPPS-DPP
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The impact of non-ideal effects on the protostar formation and their observational signatures (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto
  • 学会等名: First TagKASI International Conference: Cosmic Dust and Magnetism
  • 国際学会
• [学会発表] 分子雲コアの磁場と角運動量の傾きは円盤形成を促進するか？、それとも抑制するか？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 塚本裕介
  • 学会等名: 2018年日本天文学会秋季年会
• [学会発表] The impact of non-ideal effects on the circumstellar disk evolution and their observational signatures (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tsukamoto
  • 学会等名: XXX th IAU General Assembly
  • 国際学会