| 研究課題/領域番号 |
23K22549
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01278 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17010:宇宙惑星科学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
田中 秀和 東北大学, 理学研究科, 教授 (00282814)
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| 研究分担者 |
長澤 真樹子 久留米大学, 医学部, 教授 (00419847)
小林 浩 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (40422761)
田中 佑希 福島工業高等専門学校, 一般教科, 助教 (50865813)
金川 和弘 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 研究員 (60720787)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2023年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
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| キーワード | 系外惑星 / 原始惑星系円盤 / 惑星形成論 / 巨大惑星 / 太陽系形成 / 木星 / 微惑星 / 惑星形成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
多数の系外巨大惑星と原始惑星系円盤の観測より、これらの統計的性質が明らかになっている。本研究の目的はこれら両者の統計を整合的に説明することにある。本研究では、原始惑星系円盤の初期条件から最終的にどのような巨大惑星が生成されるかを高精度で予言する惑星種族生成計算を確立する。多様な系外巨大惑星すべてを説明する理論を構築することで、太陽系の木星、土星の形成もこの統一的な理論枠組みにより解明することができ、太陽系の他の天体の研究への応用にもつなげる。また、この系外惑星と原始惑星系円盤をつなぐ要請から、不定性の大きい円盤散逸過程や微惑星形成過程に新たな制限を与えることも試みる。
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| 研究実績の概要 |
巨大惑星の形成と軌道進化についてそれぞれ以下の新たな知見を得ることができた。
巨大惑星の形成については、ダストから巨大惑星までの連続過程を追う統一シミュレーションで円盤観測結果をもとにした高密度な構造をもつダストモデルを用いて再検討を行った。従来計算では高密度な構造をもつダストモデルを想定した場合、木星形成領域での微惑星形成が不可能であった。それに対し本再検討ではKusakaモデルにおける比較的低温な原始惑星系円盤を考えた場合、高密度ダストで木星形成領域での微惑星形成およびその後の急速な木星形成が実現されることを示した。なお従来研究で原始惑星系円盤の詳細な輻射輸送計算の結果、低温な原始惑星系円盤の方がより現実的であることが示されている。
巨大惑星の軌道移動については、原始惑星系円盤内での惑星軌道進化に関し、国際的専門グループに参加し最新研究について議論を行い、レビュー論文の執筆を共著で行った。この論文で、巨大惑星のガス降着による成長を考慮した惑星の移動の数値流体計算では巨大惑星の移動は木星質量までの範囲では無視できるという結果が得らていることを確認した。これは太陽系形成におけるグランドタックモデルで想定される大規模な木星移動は起こり得ないことを示している。
さらに、エキセントリックプラネット（高離心率巨大惑星）と原始惑星系円盤との相互作用についても調べた。高離心率巨大惑星の軌道進化は巨大惑星自身が形成する円盤ギャップの底のガス面密度以外にギャップ幅など詳細な構造にも依存することが分かった。これは巨大惑星と3：2の平均運動共鳴となる地点という比較的離れたガス円盤との相互作用が効いているためであることも確認した。
今度これらの結果を本研究の高精度な惑星種族合成理論の構築に取り入れる。
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| 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
エキセントリックプラネット（高離心率巨大惑星）と原始惑星系円盤との相互作用は当初予想していたよりも複雑であることが明らかになった。当初、巨大惑星自身が形成する円盤ギャップの底のガス面密度のみで作用されると予想していたが、ギャップ幅など詳細なギャップ構造にも依存することが分かった。これにより、長時間計算を伴う追加の数値流体計算サーベイで高離心率巨大惑星の軌道進化を調べる必要が生じている。このため、高離心率巨大惑星の軌道進化モデル構築の研究については遅れが出ている。一方、他の研究は順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
高離心率巨大惑星の軌道進化を明らかにするため、長時間計算を伴う追加の数値流体計算サーベイで行う。高離心率巨大惑星は幅広い円盤ギャップを長時間かけて形成する。この長時間進化を数値流体計算で追うことで、高離心率巨大惑星の軌道進化を高精度で解明することを目指す。
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