シア流の存在する天体で不安定性が非線型成長として乱流状態になる過程の理論的研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01540220
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 観山 正見 国立天文台, 理論天文学研究系, 助教授 (00166191)
• 研究分担者: 関谷 実 帝京大学, 理工学部, 講師 (60202420)
• キーワード: 差動回転系 / シアス安定性 / 非線型現象 / 流体シミュレ-ション / アクリ-ションディスク

研究概要

天体現象の様々な階層で存在する差動回転系においては、シア流の存在に起因する流体力学的不安定性が存在することがパパルイゾウとプリングルによって(1984)に指摘された。その後多くの研究者によって、差動回転に伴う不安定性が線形解析によって調べられ、一般的に不安定性が存在することが明かとなった。ところが、今までの研究はおもに線形解析によるものが多く、不安定性の非線型成長過程の解析は余り行われていない。しかし、不安定性の最終状態はいかなる状態になるのか明らかにすることは重要で、特に不安定性を契機に系が乱流状態になるのかどうかの解析は重要である。
そこで我々は差動回転系の非線型成長過程に着目して、(1)数値シミュレ-ションによる解析、(2)弱非線型性理論による解析の二つの方法を並列して調べた。まず、(2)の方法によって、非圧縮性で単位質量あたりの角運動量が一定の簡単なモデルにおいて解析を実行し、線形不安定性は非線型性のため成長が抑制されて、系は新しい定常状態の回りを振動する振る舞いが結果として得られた。これは、差動回転ディスクの内部に有限振幅の波動の誘起を意味するもので、この波によって角運動量輸送が起こり系の進化のメカニズムを与えるものとして注目している。一方数値流体コ-ドを作成し、テスト計算を現在遂行中である。この新しいコ-ドによって、得られた非線型の振る舞いを確認するとともに、一般的な状態方程式や回転則のディスクについても研究を計画している。
研究成果としては、エントロピ-分布の存在するディスクの不安定性の解析結果発表し、弱非線型理論の結果は現在論文を執筆中である。
得られた結果の解析及び論文作成用として、パ-ソナルコンピュ-タ-及び周辺機器も購入し、その他は主に計算機使用量に当てた。

研究成果

• [文献書誌] Miyama,S.M.: "Formation of the Protoーsun and the Evolution of the Solar Nebular" The Formation and Evolution of Planetary System. 284-289 (1989)
• [文献書誌] Kubotani,H.et al.: "Instability of Stratified Incompressible Cylinders with Differential Rotation" Prog.Theor.Phys.82. 523-534 (1989)
• [文献書誌] Kojima,Y.et al.: "Effects of Entropy Distributions on Nonーaxisymmetric Unstable Modes" Mon.Not.Roy.astr.Soc.238. 753-768 (1989)
• [文献書誌] Miyama,S.M.: "Criteria of Collapse and Fragmentation of Rotating Clouds" Highlights of Astronomy of the Proceeding of IAU General Assembly XX. (1989)
• [文献書誌] Narita,S.et al.: "Rotationーdominant Equilibria of Isothermal Clouds" Mon.Not.Roy.astr.Soc.(1990)
• [文献書誌] Fujimoto,M.et.al.: "Elongation and Fission of Massive Gas Cloud Rotating on the Galactic Center" P.A.S.J.(1990)