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磁気流体力学数値シミュレーションから探る原始惑星系円盤内のダスト運動

研究課題

研究課題/領域番号 22K14081
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分17010:宇宙惑星科学関連
研究機関東北大学

研究代表者

森 昇志  東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (30867429)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード惑星形成 / 原始惑星系円盤 / 磁気流体力学 / ダスト
研究開始時の研究の概要

惑星形成過程において、原始惑星系円盤のダスト運動を支配するガス運動は謎に包まれており、惑星形成過程解明の阻害となっている。太陽系の隕石学的証拠からは、ダスト粒子が動径方向に大きく移動したことが示唆されている一方で、乱流が弱かったことが示唆されている。このことは多様なガス運動が起きたことを示唆する。本研究では、非理想磁気流体力学効果を全て考慮することで、層流的に降着する原始惑星系円盤の最新の描像に基づいて、円盤のダスト輸送過程を明らかにする。特に乱流的運動以外にも、大規模な動径方向の流れや円盤風による鉛直方向の流れを考慮した、高次元なダスト輸送過程の理解を目指す。

研究実績の概要

本研究の目標は、非理想磁気流体力学効果をすべて考慮し、層流的に降着する原始惑星系円盤の最新の描像に基づいて、円盤のダスト輸送過程を明らかにすることである。特に、乱流的運動だけでなく、大規模な動径方向の流れや円盤風による鉛直方向の流れも考慮に入れた、多次元なダスト輸送過程の理解を深めることを目指す。太陽系の隕石学的証拠からは、ダスト粒子が動径方向に大きく移動したことが示唆されており、これが惑星形成過程の解明に向けた重要な鍵となる。

本年度、我々は磁場が付随する原始惑星系円盤の温度構造を理解する進展を遂げた。開発した輻射輸送入り磁気流体数値シミュレーションコードを用い、内側領域のシミュレーションを行い、ホール効果を含む磁場の影響を検証した。ホール効果のない場合、従来の研究と一致する結果が得られ、ホール効果を含む場合、磁場と円盤の回転方向が一致すると強い非対称な円盤風が観測されることが明らかになった。この現象は将来の観測で検証可能であり、重要な解釈の可能性を示している。また、大局的な磁場が円盤表面で曲がりながらも、主に照射加熱によって温度が決定されていることが分かった。磁場が散逸する場合、円盤風の強度が減少し、照射加熱による不安定性が発生することも確認された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

磁気流体シミュレーションを用いて原始惑星系円盤の内側領域の温度構造に対する深い理解を得ることができた。特にホール効果を含む磁場の影響を詳細に分析し、非対称な円盤風の構造を発見するなど、重要な結果を得ている。この過程で、円盤の力学に関しても理解が深まった。しかしながら円盤の力学のモデル化は終えておらず、今後取り組む。

今後の研究の推進方策

個々のダスト粒子の運動を追跡するために Ciesla (2011)の2次元モンテカルロシミュレーションコードを作成する。さらにシミュレーション結果を解析し、円盤の速度構造のモデルを構築する。まずはある一つの結果に対して、時間平均をとり、速度場、乱流強度場を構築する。この速度・乱流強度場のもとでダストの運動を解き、加熱を経験したダストの運動を計算する。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 8件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] 清華大学(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Early Planet Formation in Embedded Disks (eDisk). XIV. Flared Dust Distribution and Viscous Accretion Heating of the Disk around R CrA IRS 7B-a2024

    • 著者名/発表者名
      Takakuwa Shigehisa、Saigo Kazuya、Kido Miyu、(中略)、Mori Shoji et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 964 号: 1 ページ: 24-24

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad1f57

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthetic Observations of the Infalling Rotating Envelope: Links between the Physical Structure and Observational Features2024

    • 著者名/発表者名
      Mori Shoji、Aikawa Yuri、Oya Yoko、Yamamoto Satoshi、Sakai Nami
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 961 号: 1 ページ: 31-31

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad0634

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Early Planet Formation in Embedded Disks (eDisk). V. Possible Annular Substructure in a Circumstellar Disk in the Ced110 IRS4 System2023

    • 著者名/発表者名
      Sai Insa Choi Jinshi、Yen Hsi-Wei、Ohashi Nagayoshi、(中略)、Mori Shoji et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 954 号: 1 ページ: 67-67

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ace52d

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Early Planet Formation in Embedded Disks (eDisk). VII. Keplerian Disk, Disk Substructure, and Accretion Streamers in the Class 0 Protostar IRAS 16544?1604 in CB 682023

    • 著者名/発表者名
      Kido Miyu et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 953 号: 2 ページ: 190-190

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acdd7a

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Early Planet Formation in Embedded Disks (eDisk). IV. The Ringed and Warped Structure of the Disk around the Class I Protostar L1489 IRS2023

    • 著者名/発表者名
      Yamato Yoshihide et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 951 号: 1 ページ: 11-11

    • DOI

      10.3847/1538-4357/accd71

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Early Planet Formation in Embedded Disks (eDisk). I. Overview of the Program and First Results2023

    • 著者名/発表者名
      Ohashi Nagayoshi et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 951 号: 1 ページ: 8-8

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acd384

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Roles of Dust Growth in the Temperature Evolution and Snow Line Migration in Magnetically Accreting Protoplanetary Disks2023

    • 著者名/発表者名
      Kondo Katsushi、Okuzumi Satoshi、Mori Shoji
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 949 号: 2 ページ: 119-119

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acc840

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Insights on the Sun Birth Environment in the Context of Star Cluster Formation in Hub?Filament Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Arzoumanian Doris、Arakawa Sota、Kobayashi Masato I. N.、Iwasaki Kazunari、Fukuda Kohei、Mori Shoji、Hirai Yutaka、Kunitomo Masanobu、Kumar M. S. Nanda、Kokubo Eiichiro
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 947 号: 2 ページ: L29-L29

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acc849

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Roles of Dust Growth in the Temperature Evolution and Snow Line Migration in Magnetically Accreting Protoplanetary Disks2023

    • 著者名/発表者名
      Kondo, Katsushi ; Okuzumi, Satoshi ; Mori, Shoji
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Misaligned Rotations of the Envelope, Outflow, and Disks in the Multiple Protostellar System of VLA 1623-2417: FAUST. III2022

    • 著者名/発表者名
      Ohashi Satoshi、Codella Claudio、Sakai Nami、et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 927 号: 1 ページ: 54-54

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac4cae

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemical and Physical Characterization of the Isolated Protostellar Source CB68: FAUST IV2022

    • 著者名/発表者名
      Imai Muneaki、Oya Yoko、Svoboda Brian、Liu Hauyu Baobab、Lefloch Bertrand、Viti Serena、Zhang Yichen、Ceccarelli Cecilia、Codella Claudio、Chandler Claire J.、Sakai Nami ... Nomura Hideko ... Yamamoto Satoshi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 934 号: 1 ページ: 70-70

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac77e7

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effective dust growth in laminar circumplanetary discs with magnetic wind-driven accretion2022

    • 著者名/発表者名
      Shibaike Yuhito、Mori Shoji
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 518 号: 4 ページ: 5444-5456

    • DOI

      10.1093/mnras/stac3428

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Radiative Nonideal MHD Simulations of Inner Protoplanetary Disks2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Mori, Xuenig Bai, Kengo Tomida
    • 学会等名
      Magnetohydrodynamical flows in young circumstellar disks
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 原始惑星系円盤内側の温度構造:輻射輸送入り大局的非理想磁気流体力学シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      森昇志, Xuening Bai, 富田賢吾
    • 学会等名
      2023年惑星科学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Radiative Nonideal MHD Simulations of the Inner Protoplanetary Disks2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Mori, Xuenig Bai, Kengo Tomida
    • 学会等名
      Protostars and Planets
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonideal MHD Simulations to Understand the Temperature Structure of Protoplanetary Disks2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Mori, Xuenig Bai, Kengo Tomida
    • 学会等名
      SPIDI23: The inner disk of young stars: accretion, ejection, and planet formation
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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