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原始惑星系円盤内で励起される磁気回転不安定性(Magnetorotational Instability : MRI)の成長と、MRIが作り出すガス速度場中のダスト集積、自己重力不安定による微惑星形成過程の詳細を、粒子軌道計算入り電磁流体シミュレーションを行い調べた。
本研究ではこれまで、磁場構造やガス電離率が円盤動径方向に異なり、MRIが起きる領域(不安定領域)と起きない領域(安定領域)が隣り合って存在する場合を考えてきた。そしてこのような場合、MRIは乱流状態ではない準定常状態を作り出すことを発見した。準定常状態下では、ガス回転速度がケプラー回転速度を上回る領域が存在し、この領域外側にダストが濃集積することを昨年度確認した。しかし、この準定常状態下では弱い乱流が残っており、この乱流レベルは初期安定領域の広さによって異なる。乱流が強いほどダストは拡散され、ダスト集積量が下がることが考えられる。また、同じ乱流レベルでも、ダストサイズによって乱流の影響の受けやすさが異なる。そこで今年度は、初期安定領域とダストサイズを変えて計算を行うことで、ダスト集積過程における乱流の効果を詳細に調べた。その結果、乱流が弱いほどダスト(メートルサイズ)は濃集積しやすく、集積したダストの速度分散が小さいが、ダストからガスへのフィードバックが負の効果となり、より広範囲で集積するためにダスト密度上昇が抑制されることがわかった。本研究ではさらに、弱乱流状態下で見られたダスト高密度領域において、自己重力不安定が起きることで微惑星が形成されるかどうかを調べるために、ダスト自己重力場を同時に解くシミュレーションを開発した。その結果、予想した通り、集積したダストが自己重力不安定を引き起こし、微惑星が形成された。ただし、形成された微惑星の正確なサイズを知るためには、解像度をあげるなどの必要がある。また、センチメートルサイズのダストについては、ガス抵抗をより強く受けるため、初期安定領域が十分に広く残留乱流が著しく小さい場合であっても、残留乱流によって濃集積が妨げられることがわかった。
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