ALMA偏光観測による惑星形成過程の新展開

• 研究課題/領域番号: 18K13590
• 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: 国立天文台
• 研究代表者: 片岡 章雅 国立天文台, 科学研究部, 助教 (70749308)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023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: 惑星形成 / 電波観測 / 偏光 / ALMA / 原始惑星系円盤

研究成果の概要

本研究では、ALMA観測を用いた原始惑星系円盤のミリ波偏光という新手法を用いて、惑星のもととなるダストの成長過程の制限を目指した。その結果、我々は多くの原始惑星系円盤においてサブミリ波における偏光が自己散乱という機構で説明できることを示した。更に多波長偏光観測やスペクトル解析との矛盾を解き明かすためにモデリングを進めた結果、原始惑星系円盤の固体物質は隙間を多く持つダスト集合体であることを示すことに成功した。本成果は、理論的に指摘されていた高空隙ダストアグリゲイトを経る惑星形成シナリオを示しており、理論観測両面から探る惑星形成研究を推進することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本成果は、日本が重要な一角を担う国際共同望遠鏡ALMAにおいて、惑星形成分野における科学成果を大きくリードすることにつながった。本成果は1970年代から太陽系形成論としてリードしてきた惑星形成理論を、更に観測からもリードし、世界における日本のプレゼンスを示した結果と考えている。惑星形成理論においては、2007年以降日本グループによって指摘されてきた高空隙ダストアグリゲイトを観測的に示した初めての成果となっており、その学術的意義は大きいと言える。

研究成果

• [国際共同研究] MPIA(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Nevada/University of California/Harvard-Smithsonian Center(米国)
• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-University Munchen/Heidelberg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Universidad de Chile(チリ)
• [国際共同研究] University of Virginia/Harvard-Smithsonian Center/University of Illinois(米国)
• [国際共同研究] Tsinghua University(中国)
• [雑誌論文] Porous Dust Particles in Protoplanetary Disks: Application to the HL Tau Disk (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Shangjia、Zhu Zhaohuan、Ueda Takahiro、Kataoka Akimasa、Sierra Anibal、Carrasco-Gonzalez Carlos、Macias Enrique
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 953 号: 1 ページ: 96-96
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acdb4e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Massive Compact Dust Disk with a Gap around CW Tau Revealed by ALMA Multiband Observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Ueda Takahiro、Kataoka Akimasa、Tsukagoshi Takashi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 930 号: 1 ページ: 56-56
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac634d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Estimate on Dust Scale Height from the ALMA Dust Continuum Image of the HD 163296 Protoplanetary Disk (2021)
  • 著者名/発表者名: Doi Kiyoaki、Kataoka Akimasa
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 912 号: 2 ページ: 164-164
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abe5a6
• [雑誌論文] Impact of Differential Dust Settling on the SED and Polarization: Application to the Inner Region of the HL Tau Disk (2021)
  • 著者名/発表者名: Ueda Takahiro、Kataoka Akimasa、Zhang Shangjia、Zhu Zhaohuan、Carrasco-Gonz?lez Carlos、Sierra Anibal
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 913 号: 2 ページ: 117-117
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abf7b8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rotational Disruption of Porous Dust Aggregates due to Gas Flow in Protoplanetary Disks (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsuuma Misako、Kataoka Akimasa
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 913 号: 2 ページ: 132-132
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abf5d9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solving Grain Size Inconsistency between ALMA Polarization and VLA Continuum in the Ophiuchus IRS 48 Protoplanetary Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, Satoshi; Kataoka, Akimasa; van der Marel, Nienke; Hull, Charles L. H.; Dent, William R. F.; Pohl, Adriana; Pinilla, Paola; van Dishoeck, Ewine F.; Henning, Thomas
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 900 号: 1 ページ: 81-81
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abaab4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Scattering-induced Intensity Reduction: Large Mass Content with Small Grains in the Inner Region of the TW Hya disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Ueda, Akimasa Kataoka, Takashi Tsukagoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 893 号: 2 ページ: 125-137
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab8223
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dust Polarization in Four Protoplanetary Disks at 3 mm: Further Evidence of Multiple Origins (2019)
  • 著者名/発表者名: Harrison Rachel E.、Looney Leslie W.、Stephens Ian W.、Li Zhi-Yun、Yang Haifeng、Kataoka Akimasa、Harris Robert J.、Kwon Woojin、Muto Takayuki、Momose Munetake
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 877 号: 1 ページ: L2-L2
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab1e46
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One Solution to the Mass Budget Problem for Planet Formation: Optically Thick Disks with Dust Scattering (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhu, Zhaohuan; Zhang, Shangjia; Jiang, Yan-Fei; Kataoka, Akimasa; Birnstiel, Tilman; Dullemond, Cornelis P.; Andrews, Sean M.; Huang, Jane; Perez, Laura M.; Carpenter, John M.; Bai, Xue-Ning; Wilner, David J.; Ricci, Luca
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 877 号: 2 ページ: L18-L18
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab1f8c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of dust size and structure on scattered-light images of protoplanetary discs (2019)
  • 著者名/発表者名: Tazaki, R., Tanaka, H., Muto, T., Kataoka, A., & Okuzumi, S.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 485 号: 4 ページ: 4951-4966
  • DOI: 10.1093/mnras/stz662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unveiling Dust Aggregate Structure in Protoplanetary Disks by Millimeter-wave Scattering Polarization (2019)
  • 著者名/発表者名: Tazaki, R., Tanaka, H., Kataoka, A., Okuzumi, S., & Muto, T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 885 号: 1 ページ: 52-52
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab45f0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Radial Variations in Grain Sizes and Dust Scale Heights in the Protoplanetary Disk around HD 163296 Revealed by ALMA Polarization Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, Satoshi; Kataoka, Akimasa
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 886 号: 2 ページ: 103-103
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab5107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Does HL Tau disc polarization in ALMA band 3 come from radiatively aligned grains? (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang, Haifeng; Li, Zhi-Yun; Stephens, Ian W.; Kataoka, Akimasa; Looney, Leslie
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 483 号: 2 ページ: 2371-2371
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3263
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two Different Grain Size Distributions within the Protoplanetary Disk around HD 142527 Revealed by ALMA Polarization Observation (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Satoshi、Kataoka Akimasa、Nagai Hiroshi、Momose Munetake、Muto Takayuki、Hanawa Tomoyuki、Fukagawa Misato、Tsukagoshi Takashi、Murakawa Kohji、Shibai Hiroshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 864 号: 1 ページ: 81-81
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aad632
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] disk polarization (2020)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 学会等名: Five years after HL Tau: a new era in planet formation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polarized dust emission in protoplanetary disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 学会等名: Workshop on Polarization in Protoplanetary Disks and Jets
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Millimeter-wave polarization in protoplanetary disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 学会等名: Ringberg Workshop: Turbulence and Structure Formation in Protoplanetary Disks 2019: Observation, Theory, and Experiments
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring grain growth, radial drift, and magnetic fields by mmwave polarization (2019)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 学会等名: Great Barriers in Planet Formation
  • 国際学会
• [学会発表] ALMA polarization observations towards protoplanetary disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 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] Measuring the grain size and finding the magnetic fields by ALMA polarization (2019)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 学会等名: Planet-Forming Disks
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] mm-wave polarization of protoplanetary disks: alignment of scattering? (2018)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka
  • 学会等名: Cosmic Dust and Magnetism 2018
  • 国際学会 / 招待講演