円盤から惑星へ

2011 年度 実績報告書

• 研究領域: 太陽系外惑星の新機軸：地球型惑星へ
• 研究課題/領域番号: 23103004
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 百瀬 宗武 茨城大学, 理学部, 教授 (10323205)
• 研究分担者: 尾中 敬 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30143358) ; 山本 哲生 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (10126196) ; 田中 秀和 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (00282814) ; 荒川 政彦 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10222738) ; 深川 美里 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40509840) ; 相川 祐理 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40324909)
• キーワード: 電波天文学 / 光学赤外線天文学 / 惑星起源・進化 / 理論天文学 / 原始惑星系円盤

研究概要

円盤の電波観測については，サブミリ波望遠鏡ASTEを用いて，大質量前主系列星に対する円盤ガス観測を進めるとともに，ALMA観測に対する検討を行った。円盤の近赤外線観測については，すばる望遠鏡用近赤外線カメラHiCIAOを用い，10天体を超える若い天体に対して円盤散乱光の撮像観測を実施した。観測手法の工夫により，従来よりも星近傍（約30AU以遠）の様子を鮮明にとらえた結果，溝状や渦巻き状構造といった，惑星の存在が示唆される円盤構造を検出することに成功した（記者発表2件）。中間赤外線観測関連では，あかり衛星近・中間赤外線カメラ観測データの詳細解析を行い，迷光，宇宙線の除去などの精度を向上させ，円盤の研究を進める準備を整えた。また，将来の観測装置に必要な中間赤外線帯のフィルター，ビームスプリッターの詳細設計検討を行った。ダストに関する理論，実験については，まずダスト衝突数値計算結果を総合してダスト衝突モデルを構築し，これに基づきダストの構造進化を考慮しダスト成長・移動数値計算を行った。これにより，原始惑星系円盤におけるダスト光学的進化や微惑星形成を論じる足掛かりができた。微惑星蒸発やダストアグリゲートの散乱光偏光の研究も完成した。また，氷微惑星の衝突破壊・再集積条件に対する空隙率と焼結度の影響を明らかするため，低温室内において雪を用いた衝突実験を行った。その結果，衝突破壊強度の空隙率依存性を明らかにした。円盤ガス化学に関しては，1次元輻射流体計算による星形成コアモデルに基づいて，大型有機分子や炭素鎖分子，およびこれらの重水素比の時間進化を調べた。その結果，大型有機分子，炭素鎖分子ともに原始星コアの進化が進むにつれて増加することが分かった。また低温な高密度コア時代に生成された分子の高い重水素比は，その後原始星周囲で大型有機分子などが生成される際に娘分子に引き継がれることを示した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ASTEやすばる望遠鏡の観測時間は問題なく確保できており，世界をリードする成果も出始めている。あかりに搭載された赤外線カメラのデータ整約も順調に進み，特に長波長側の撮像データの信頼性を向上させた。氷の物性測定と衝突実験を行うために必要な-15℃の低温室を設置して稼働させた。原始惑星系円盤におけるダストサイズ，内部構造，空間分布を記述するモデルがほぼ完成した。ダストアグリゲートの衝突時におけるリバウンド条件や分子ガス凝縮素課程の明確化にも進展があった。

今後の研究の推進方策

おおむね予定通り，研究を推進する。ALMAの共同利用観測の募集時期が遅れ気味だが，計画の大幅な見直しが必要なほどではない。その他の装置による観測研究は当初の想定に沿って進める。中間赤外線観測関連では，あかりの近・中間赤外線カメラのデータを利用して円盤の研究を進める他，フィルターやビームスプリッターについても試作品の低温光学特性の評価を予定通り進める。理論と観測の比較については，ダスト衝突数値計算とダスト成長・移動数値計算から，原始惑星系円盤内においてダストは非常に空隙率の高い構造を持つことが示された。今後そのようなダストの存在を観測的に明らかにする方策を検討していく。

研究成果

• [雑誌論文] Evidence for Cloud-Cloud Collision and Parsec-scale Stellar Feedback within the L1641-N Region (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, F., Miura, T., Kitamura, Y., Shimajiri, Y., Kawabe, R., Akashi, T., Ikeda, N., Tsukagoshi, T., Momose, M., Nishi, R., Li, Z. Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 746 ページ: id. 25
  • DOI: 10.1088/0004-637X/746/1/25
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNC/HNC Ratio of Massive Clumps in Early Evolutionary Stages of High-mass Star Formation (2012)
  • 著者名/発表者名: Sakai, T., Sakai, N., Furuya, K., Aikawa, Y., Hirota, T., Yamamoto, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 747 ページ: id.140
  • DOI: 10.1088/0004-637X/747/2/140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Processes in Protoplanetary Disks. II. On the Importance of Photochemistry and X-Ray Ionization (2012)
  • 著者名/発表者名: Walsh, C., Nomura, H., Millar, T. J., Aikawa, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 747 ページ: id.114
  • DOI: 10.1088/0004-637X/747/2/114
  • 査読あり
• [雑誌論文] AKARI observations of ice absorption bands towards edge-on young stellar objects (2012)
  • 著者名/発表者名: Aikawa, Y., Kamuro, D., Sakon, I., Itoh, Y., Terada, H., Noble, J. A., Pontoppidan, K. M., Fraser, H. J., Tamura, M., Kandori, R., Kawamura, A., Ueno, M.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 538 ページ: id.A57
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201015999
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Structure of a Protoplanetary Disk around HD 163296: A Study of Vertical Temperature Distribution by CO Emission Lines (2011)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, E., Momose, M., Hayashi, H., Kitamura, Y.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 63 ページ: 1059-1069
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Millimeter Sky Transparency Imager (MiSTI) (2011)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Y., Kawabe, R., Kohno, K., Fukuhara, M., Momose, M., and 7 authors
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 63 ページ: 347-356
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization and Improvement of the Image Quality of the Data Taken with the Infrared Camera (IRC) Mid-Infrared Channels onboard AKARI (2011)
  • 著者名/発表者名: Arimatsu, K., Onaka, T., Sakon, I., Oyabu, S., Ita, Y., Tanabe, T., Kato, D., Egusa, F., Wada, T., and Matsuhara, H.
  • 雑誌名: Publication of the Astronomical Society of Pacific 巻: 123 ページ: 981-995
  • DOI: 10.1086/661201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of high-energy ionizing particles on the Si:As mid-infrared detector array on board the AKARI satellite (2011)
  • 著者名/発表者名: Mouri, A., Kaneda, H., Ishihara, D., Oyabu, S., Yamagishi, M., Mori, T., Onaka, T., Wada, T., Kataza, H.
  • 雑誌名: Publication of the Astronomical Society of Pacific 巻: 123 ページ: 561-567
  • DOI: 10.1086/659865
  • 査読あり
• [雑誌論文] AcuA: the AKARI/IRC Mid-infrared Asteroid Survey (2011)
  • 著者名/発表者名: Usui, F., Kuroda, D., Muller, T. G., Hasagawa, S., Ishiguro, M., Ootsubo, T., Ishihara, D., Kataza, H., Takita, S., Oyabu, S., and 3 coauthors
  • 雑誌名: Publication of the Astronomical Society of Japan 巻: 63 ページ: 1117-1138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planetary Core Formation with Collisional Fragmentation and Atmosphere to Form Gas Giant Planets (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kobayashi, Hidekazu Tanaka, and Alexander V. Krivov
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 738 ページ: id. 35
  • DOI: 10.1088/0004-637X/738/1/35
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Rebound Condition of Dust Aggregates Revealed by Numerical Simulation on Their Collisions (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Wada, Hidekazu Tanaka, Toru Suyama, Hiroshi Kimura, and Tetsuo Yamamoto
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 737 ページ: id. 36
  • DOI: 10.1088/0004-637X/737/1/36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of nucleation from vapor to solid composed of Lennard-Jones molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Kyoko K. Tanaka, Hidekazu Tanaka, Tetsuo Yamamoto, and Katsuyuki Kawamura
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 134 ページ: 2043-2055
  • DOI: 10.1063/1.3593459
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations of Nucleation from Vapor with Lennard-Jones Type and H2O Molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Kyoko K. Tanaka, Hidekazu Tanaka, Tetsuo Yamamoto, and Katsuyuki Kawamura
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice (Hokkaido University Press, Japan) 巻: 12 ページ: 307-312
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sublimation temperature of circumstellar dust particles and its importance for dust ring formation (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, H. Kimura, S. Watanabe, T. Yamamoto, and S. Muller
  • 雑誌名: Earth, Planets, and Space 巻: 63 ページ: 1-9
  • DOI: 10.5047/eps.2011.03.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact experiments of porous gypsum glass bead mixtures simulating parent bodies of ordinary chondrites: Implications for re-accumulation processes related to rubble-pile formation (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasui, M., Arakawa, M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 214 ページ: 754-765
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2011.05.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact crater on sintered snow surface simulating porous icy bodies (2011)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M. and Yasui, M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 216 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2011.08.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicate dust size distribution from hypervelocity collisions: Implications for dust production in debris discs (2011)
  • 著者名/発表者名: Takasawa, S., Nakamura, A. M., Kadono, T., Arakawa, M. and 15 authors
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 733 ページ: id. L39
  • DOI: 10.1088/2041-8205/733/2/L39
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurements of post shock temperature deposited in ice impact crater (2011)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M. and Yasui, M.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice (Hokkaido University Press, Japan) 巻: 12 ページ: 339-344
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact experiments on sintered snowballs (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimaki, Y., Arakawa, M., and Yasui, M.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice (Hokkaido University Press, Japan) 巻: 12 ページ: 379-386
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flow law of ice-silica mixtures and the effects of silica content and porosity (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasui, M., Arakawa, M.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice (Hokkaido University Press, Japan) 巻: 12 ページ: 387-395
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near- and Mid-Infrared Imaging Study of Young Stellar Objects around LkHa 234 (2011)
  • 著者名/発表者名: Kato, E., Fukagawa, M., Perrin, M. D., Shibai, H., Itoh, Y., Ootsubo, T.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 63 ページ: 849-860
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrodynamical-Chemical Models from Prestellar Cores to Protostellar Cores (2011)
  • 著者名/発表者名: Aikawa, Y., Furuya, K., Wakelam, V., Hersant, F., Matsumoto, T., Saigo, K., Tomida, K., Tomisaka, K., Garrod, R.T., Herbst, E.
  • 雑誌名: The Molecular Universe, Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium 巻: 280 ページ: 33-42
  • DOI: 10.1017/S1743921311024847
• [雑誌論文] Detection of Phosphorus Nitride in the Lynds 1157 B1 Shocked Region (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, T., Takano, S., Sakai, N., Sakai, T., Liu, S.-Y., Su, Y.-N., Hirano, N., Takakuwa, S., Aikawa, Y., Nomura, H., Yamamoto, S.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 63 ページ: L37-L41
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early Results of the 3mm Spectral Line Survey toward the Lynds 1157 B1 Shocked Region (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugimura, M., Yamaguchi, T., Sakai, T., Umemoto, T., Sakai, N., Takano, S., Aikawa, Y., Hirano, N., Liu, S.-Y., Millar, T.J.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 63 ページ: 459-472
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon Isotope and Isotopomer Fractionation in Cold Dense Cloud Cores (2011)
  • 著者名/発表者名: Furuya, K., Aikawa, Y., Sakai, N., Yamamoto, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 731 ページ: id. 38
  • DOI: 10.1088/0004-637X/731/1/38
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon-chain and Organic Molecules Around Very Low Luminosity Protostellar Objects of L1521F-IRS and IRAM 04191+1522 (2011)
  • 著者名/発表者名: Takakuwa, S., Ohashi, N., Aikawa, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 728 ページ: id.101
  • DOI: 10.1088/0004-637X/728/2/101
  • 査読あり
• [学会発表] SAO 206462に付随する遷移円盤の高解像度赤外線偏光観測による小さな渦巻き構造の発見とその理論的示唆 (2012)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之
  • 学会等名: 日本天文学会2012年春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 20120322-20120322
• [学会発表] HD 169142に付随する星周円盤のSubaru/HiCIAO近赤外撮像観測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森田彩佳
  • 学会等名: 日本天文学会2012年春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 20120321-20120321
• [学会発表] SEEDSによる星形成領域における原始惑星系円盤探査の現状 (2012)
  • 著者名/発表者名: 橋本淳
  • 学会等名: 日本天文学会2012年春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 20120321-20120321
• [学会発表] Temporal variation and D/H ratios of Hot Corino and WCCC species (2012)
  • 著者名/発表者名: 相川祐理
  • 学会等名: 日本天文学会2012年春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 20120320-20120320
• [学会発表] Infrared study of ices around young stellar objects in the Magellanic Clouds (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimonishi, T.
  • 学会等名: The second AKARI conference: Legacy of AKARI: A Panoramic View of the Dust Universe
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20120227-20120227
• [学会発表] Dust life cycle and processing in the interstellar medium (2012)
  • 著者名/発表者名: Onaka, T.
  • 学会等名: The second AKARI conference: Legacy of AKARI: A Panoramic View of the Dust Universe
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20120227-20120227
  • 招待講演
• [学会発表] 分子動力学計算によるサブミクロン微粒子相互作用の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中秀和
  • 学会等名: 分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 東京工業大学、東京
  • 年月日: 20111207-20111207
• [学会発表] Impact experiments of porous gypsum-glass bead mixtures simulating parent bodies of ordinary chondrites: Implications for re-accumulation processes related to rubble-pile formation (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasui, M. and Arakawa, M.
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2011
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, California, USA
  • 年月日: 20111207-20111207
• [学会発表] Ice observation towards low-mass edge-on YSOs and background stars (2011)
  • 著者名/発表者名: 相川祐理
  • 学会等名: あかりによる我々の銀河系及び系外銀河の星間物質の研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 20111205-20111205
  • 招待講演
• [学会発表] Chemistry in the formation of stars and planetary systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Aikawa, Y.
  • 学会等名: Germany-Japan Round Table From the early universe to the evolution of life
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 年月日: 20111130-20111130
  • 招待講演
• [学会発表] 星形成コアにおける分子組成進化：星なし高密度コアから原始星コアまで (2011)
  • 著者名/発表者名: 相川祐理
  • 学会等名: 第4回アストロバイオロジーワークショップ
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 20111127-20111127
  • 招待講演
• [学会発表] Infrared Observations of Young Stellar Objects outside the Milky Way (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimonishi, T.
  • 学会等名: International Conference on Interstellar Dust, Molecules and Chemistry
  • 発表場所: Pune, India
  • 年月日: 20111123-20111123
• [学会発表] Infrared Spectroscopy of the Unidentified Infrared Bands in the Galaxy and External Galaxies (2011)
  • 著者名/発表者名: Onaka, T.
  • 学会等名: International Conference on Interstellar Dust, Molecules and Chemistry
  • 発表場所: Pune, India
  • 年月日: 20111123-20111123
  • 招待講演
• [学会発表] Chemistry in star-forming cores (2011)
  • 著者名/発表者名: Aikawa, Y.
  • 学会等名: International Conference on Interstellar Dust, Molecules and Chemistry
  • 発表場所: Pune University, India
  • 年月日: 20111121-20111121
  • 招待講演
• [学会発表] MD計算による微粒子衝突時のエネルギー散逸過程の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中秀和
  • 学会等名: 天体の衝突物理の解明 VII
  • 発表場所: 北大低温科学研究所、北海道
  • 年月日: 20111119-20111119
• [学会発表] Molecular dynamics simulation of mechanical interaction between sub-micron spherical particles (2011)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: Nonequilibrium Dynamics in Astrophysics and Material Science
  • 発表場所: Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoyo
  • 年月日: 20111102-20111102
  • 招待講演
• [学会発表] 3rd Subaru International Conference, the 1st NAOJ Symposium, Galactic Archaeology: Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way (2011)
  • 著者名/発表者名: Onaka, T.
  • 学会等名: Dust life cycle and processing in the interstellar medium
  • 発表場所: 修善寺
  • 年月日: 20111101-20111101
  • 招待講演
• [学会発表] 分子動力学計算によるダスト微粒子相互作用の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中秀和
  • 学会等名: 日本惑星科学会秋季講演会
  • 発表場所: 相模女子大学、神奈川
  • 年月日: 20111024-20111024
• [学会発表] Chemistry in Star-Forming Cores (2011)
  • 著者名/発表者名: Aikawa, Y.
  • 学会等名: Formation of Stars ＆ Planets 2011
  • 発表場所: 石垣島（ビーチホテルサンシャイン）
  • 年月日: 20111003-20111003
  • 招待講演
• [学会発表] Herbig Ae/Be型星HD 169142円盤における“穴”の観測的証拠 (2011)
  • 著者名/発表者名: 本田充彦
  • 学会等名: 日本天文学会2011年秋季年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 20110920-20110920
• [学会発表] 可視・近赤外線同時観測によるTタウリ型星の変光原因の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 会見有香子
  • 学会等名: 日本天文学会2011年秋季年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 20110920-20110920
• [学会発表] Collisional Growth of Dust aggregates in Protoplanetary Disks (2011)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: Extreme Solar System II
  • 発表場所: Moran, USA
  • 年月日: 20110912-20110912
• [学会発表] Survey of star-forming cores and protoplanetary disks with the ASTE and Nobeyama 45-meter telescopes (2011)
  • 著者名/発表者名: Munetake MOMOSE
  • 学会等名: Large Aperture Millimeter / Submillimeter Telescopes in the ALMA Era
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 20110911-20110911
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental study on the collisional process of icy planetesimals (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimaki, Y. and Arakawa, M.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 8th Annual Meetin
  • 発表場所: Taipei International Convention Center, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20110811-20110811
• [学会発表] Laboratory experiments of crater formation on basalt and dunite impacted at the velocity higher than 11 km/s (2011)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, M. et al.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 8th Annual Meetin
  • 発表場所: Taipei International Convention Center, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20110811-20110811
• [学会発表] Experimental study on the collisional properties of gypsum-glass beads mixtures (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasui, M. and Arakawa, M.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 8th Annual Meetin
  • 発表場所: Taipei International Convention Center, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20110811-20110811
• [学会発表] Planetesimal evaporation due to planetesimal bow shock (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 8th Annual Meeting
  • 発表場所: Taipei International Convention Center, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20110809-20110809
• [備考] NASA Mission News
  • URL: http://www.nasa.gov/topics/universe/features/possible-planets.html
• [備考] 形成しつつある 惑星の兆候を捉えた
  • URL: http://stars.sci.ibaraki.ac.jp/~momose/kaisetu/asj2012march/