2015 年度実施状況報告書

原始惑星系ガス円盤の散逸に伴う微惑星形成モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号	15K05268
研究機関	九州大学
研究代表者	関谷実九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60202420)
研究期間 (年度)	2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード	惑星 / 惑星形成 / 太陽系 / 隕石 / 微惑星
研究実績の概要	微惑星の形成過程は、惑星形成過程の中でもとりわけ理解が進んでいない過程の1つである。微惑星の形成プロセスとしては、ダストの物質間力による相互付着成長、および重力不安定という２つの説が提唱されている。本研究では後者の説によって微惑星ができる条件を明らかにすることを目的としている。平成27年度は、研究の道具立てとして、利用する数値シミュレーション・コードの選定とテスト計算を行った。標準的な円盤モデルを用いて、回転方向には一様とする２次元軸対称近似を用いて計算した。計算の精度を上げるために、円盤の一部分だけを長方形の領域で解くローカル計算を行った。コンドライト隕石にふくまれるコンドルールと呼ばれる直径1ミリ程度のダストの運動まで解くことのできるコードとしてAthenaコードという公開されている天体物理学用の数値シミュレーション・コードが本研究の目的に最適であることが分かった。２次元のテスト計算では、ダストにマーカーをつけて、さまざまなサイズの場合について運動を調べた。ダストは円盤の中心面付近に沈殿したのちに乱流に巻き上げられながらも、平均的には静かな円盤中で摩擦により落下する場合の解析解とほぼ同じ速度で太陽方向へ落下していくことが分かった。ダストのサイズが10ミリメートル程度の場合は、ストリーミング不安定性と呼ばれるダストを濃集する不安定性が起こるが、1ミリ以下のコンドルールサイズの場合には乱流拡散の方が優勢でダストの濃集は見られなかった。これらの結果は日本天文学会春季年会で共著として発表した。
現在までの達成度 (区分)	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平成27年度は、当初の計画通り、研究の道具立てとして利用する数値シミュレーション・コードの選定とテスト計算を行うために、標準的な円盤モデルを用いて、回転方向には一様とする２次元軸対称近似を用いて計算した。計算の精度を上げるために、円盤の一部分だけを長方形の領域で解くローカル計算を行った。コンドライト隕石にふくまれるコンドルールと呼ばれる直径1ミリ程度のダストの運動まで解くことのできるコードとしてAthenaコードが計算に最適であることが分かった。２次元のテスト計算の結果、ダストは円盤の中心面付近に沈殿したのちに乱流に巻き上げられながらも、平均的には静かな円盤中で摩擦により落下するのとほぼ同じ速度で太陽方向へ落下していくことが分かった。これは予想通りの結果であり、計算がうまくいっていることを示している。今後の微惑星形成条件の解明に向けた数値計算の準備がほぼ整った状況である。
今後の研究の推進方策	本研究は、微惑星の形成過程を解明することにある。その1つの可能性としての重力不安定性に焦点を置き、ダストが濃集して重力不安定性の臨界密度を超えることができる条件の解明を目指す。具体的には、平成27年度に選定したAthenaコードを用いて、ダストとガスの幅広いパラメーター領域において数値シミュレーションを行い、どういう条件下でダストが濃集して微惑星形成に至るのかを調べていく。単にシミュレーションを行うだけでなく、抵抗力で相互作用を及ぼしあうダストとガスの運動の基本的な物理機構の理解も目指す。そのために、線形計算やエネルギー方程式を用いた解析も同時に進めて行く予定である。
次年度使用額が生じた理由	３月下旬の天文学会の旅費が確定しなかったために、１万円程度の次年度使用額が生じた。
次年度使用額の使用計画	平成28年度は、計711,000円を使用する予定である。内訳は、膨大な計算結果を格納するためのハードディスクの購入のための物品費が181,000円、研究成果を学会発表する旅費が160,000円、研究成果を論文にまとめて国際学術雑誌に投稿する英文校閲料が150,000円、論文投稿料が60,000円、学会発表旅費が160,000円の予定である。