中心星フレアの物理を組み込んだ原始惑星系円盤の「動的」進化モデルの構築

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16J02063
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 高棹 真介 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• キーワード: 星形成 / ジェット / 円盤

研究実績の概要

本年度に主に行ったものは、以下の2点である。これらの結果は論文として投稿、あるいは研究会において報告してきた。
1. 前主系列天体から出るX線ジェットの加熱・加速機構に関する理論的考察
星形成後期段階にある天体からは脱出速度程度のジェットがよく観測される。Chandra 衛星による高空間分解能 X 線観測により、複数の若い星形成領域から約 300 万 K という高温の軟 X 線ジェットが発見された。それらはジェット先端ではなく根元が強く輝いており、さらに衝撃波加熱モデルが要求するほどの高速度成分の存在は確認されていないため別の機構が効いている可能性がある。そこで我々は星周円盤上空では密度が低く差動回転などにより増幅された磁気エネルギーが豊富にあることに注目して、星周円盤の上空大気が磁気的に加熱される理論モデルを提案した。さらに、X 線アウトフローからの X 線放射は円盤に垂直に刺さりこむため円盤内部の電離度に対して無視できない影響を与えることも指摘した。この内容は現在査読論文として投稿中である。

2. 星形成後期段階の降着流の磁気流体シミュレーション
星へのガス降着流の構造は、星の磁気圏の性質・存在の有無で決まっていると考えられてきている。しかし詳細な降着流構造は３次元計算で十分に調べられていないのが現状である。申請者は円盤降着期の降着流の構造を調べるために、Athena++ コードを用いて過去の数値的問題点を克服するようなモデルを構築してきた。そして円盤降着期の３次元磁気流体シミュレーションを行ったところ、新しい降着流の形態を発見した。この研究成果については今春の天文学会で口頭発表し、現在論文を執筆中である。

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

今年度はこれまでの太陽物理学の分野から星形成分野への移行を伴う年であったが、研究会での成果発表や論文投稿などを行って着実に成果を発信できている点でおおむね順調に進展していると考えている。
私は今年度、本研究課題の軸となる星と円盤が相互作用するシステムの３次元磁気流体モデルを構築することに集中した。その結果、長時間計算ができるモデル構築にほぼ成功し３月の日本天文学会で成果を発表できる段階まで研究を進めることができた。モデル構築だけでなく新しい降着流構造を発見することにも成功し、現在はその内容に関する論文を執筆中である。
また、上記のモデル構築と並行して前主系列星領域からのジェットに関する理論的研究も行い、論文投稿まで持っていくことができた。本研究は太陽物理学の知見を高温ジェットの加熱機構の理解に活かしたものとなっており、太陽分野と星形成分野をまたぐ研究成果である。

今後の研究の推進方策

今後はこれまで構築してきた３次元磁気流体モデルを発展させるとともに、幅広いパラメータでの降着流構造を調べる予定である。
現在のモデルでは星は弱い磁場しか持っていなかった。しかし多くの現実の若い星は kG 程度の強い磁場を持っていることが知られているので、数値的に安定した強磁場を持つ星のモデルを構築することを目指す。また現在のモデルでは星の表面上空しか解いていないが、星の対流層も可能な限り解くようなモデルを考案する。これは星と円盤が接続した際の境界層を正しく理解する上で必須である。しかしこの点は様々な困難があるので、共同研究者との議論などを通じて順次進めていく。
本モデルで重要なパラメータは円盤磁場強度、星磁場強度、円盤ガス分布を決めるべき指数などである。これらは観測的に制限がついていないことが多いので、可能な限り幅広くパラメータサーベイを行う。さらに、星の自転軸と円盤の回転軸が揃っていない系では振る舞いが変わることが過去の研究で示唆されているので、傾き角をパラメータにしていくつかモデル計算を行う。これらの計算はモデルの発展と並行して行い、着実に成果を出しながら研究を進めていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] “Dandelion” Filament Eruption and Coronal Waves Associated with a Solar Flare on 2011 February 16 (2017)
  • 著者名/発表者名: Cabezas, Denis P.; Martinez, Lurdes M.; Buleje, Yovanny J.; Ishitsuka, Mutsumi; Ishitsuka, Jose K.; Morita, Satoshi; Asai, Ayumi; UeNo, Satoru; Ishii, Takako T.; Kitai, Reizaburo; Takasao, Shinsuke; Yoshinaga, Yusuke; Otsuji, Kenichi; Shibata, Kazunari
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 836 ページ: 33-45
  • DOI: 10.3847/1538-4357/836/1/33
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observational Evidence of Particle Acceleration Associated with Plasmoid Motions (2016)
  • 著者名/発表者名: Takasao, Shinsuke; Asai, Ayumi; Isobe, Hiroaki; Shibata, Kazunari
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 828 ページ: 103-113
  • DOI: 10.3847/0004-637X/828/2/103
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Above-the-loop-top Oscillation and Quasi-periodic Coronal Wave Generation in Solar Flares (2016)
  • 著者名/発表者名: Takasao, Shinsuke; Shibata, Kazunari
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 823 ページ: 150-160
  • DOI: 10.3847/0004-637X/823/2/150
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The formation and evolution of reconnection-driven, slow-mode shocks in a partially ionised plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Hillier, A.; Takasao, S.; Nakamura, N.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 591 ページ: 112-127
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201628215
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 円盤と相互作用する中心星近傍の円盤・磁場構造に対する円盤磁場の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高棹真介、富田賢吾、鈴木建
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学、福岡
  • 年月日: 2017-03-15 – 2017-03-18
• [学会発表] 原始星・前主系列星段階の磁気活動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高棹真介
  • 学会等名: 高宇連 第16回研究会「高エネルギー宇宙物理学の課題と将来展望」
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2017-03-09 – 2017-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] Observations and theories of magnetic reconnection in the solar atmosphere (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Takasao
  • 学会等名: Workshop Cosmic Rays, Astrophysical Turbulence and Magnetic Reconnection
  • 発表場所: Natal, Brazil
  • 年月日: 2016-12-05 – 2016-12-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原始惑星系円盤からのアウトフローと円盤と中心星の相互作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高棹真介, 鈴木建, 柴田一成
  • 学会等名: 第6回 DTAシンポジウム「星形成を軸に俯瞰する磁場の役割とその観測的検証」
  • 発表場所: 国立天文台、三鷹
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-26
• [学会発表] 原始惑星系円盤内縁付近から X 線アウトフローが出現する可能性についての理論的考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高棹真介, 鈴木建
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] Radio and EUV Imaging Observations of Particle Acceleration Associated with Plasmoid Motions (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Takasao, Ayumi Asai, Hiroaki Isobe, and Kazunari Shibata
  • 学会等名: Solar Physics with Radio Observation (SPRO2016)
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2016-09-09 – 2016-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Oscillatory Nature of Solar Flares: What Can We Learn from Observations? (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Takasao, and Kazunari Shibata
  • 学会等名: The 10th Hinode science meeting (Hinode 10)
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] Role of Magnetic Reconnection in the Solar Chromosphere (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Takasao
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 2016
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2016-07-31 – 2016-08-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oscillatory Nature of Solar Flares: What Can We Learn from Observations of Oscillations? (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Takasao, and Kazunari Shibata
  • 学会等名: ASTRONUM 2016
  • 発表場所: Monterey, CA, USA
  • 年月日: 2016-06-05 – 2016-06-10
  • 国際学会 / 招待講演