原始惑星系円盤のダストと氷昇華線の統合進化モデル

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17661
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 奥住 聡 東京工業大学, 理学院, 准教授 (60704533)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 惑星形成 / 原始惑星系円盤

研究実績の概要

前年度までに実施した、原始惑星系円盤の降着加熱に関する非理想磁気流体シミュレーションの結果を論文にまとめ、論文を学術誌に掲載した (Mori, Bai, & Okuzumi 2019)。また、磁気的な降着による円盤の加熱は非効率であるという我々の新しい知見にもとづいて、原始惑星系円盤における氷昇華線の時間進化を理論的に計算した。その結果、旧来の粘性円盤モデルにもとづく理解と大きく異なり、氷昇華線の移動は基本的に中心星の高度の時間進化によって引き起こされること、氷昇華線は原始惑星系円盤が形成してから数十万年のうちに地球軌道に到達するこを明らかにした。このことは、水に乏しい我々の地球が現在の軌道で形成されたのではなく、太陽に近い領域で形成されてから現在の軌道に移動してきたことを1つの可能性として示唆する。

さらに、前年度から実施してきたダスト成長と円盤温度進化の同時シミュレーションをより体系的に実施し、ダスト進化の傾向を詳しく調べた。前年度のテスト計算から、氷昇華線の外側では円盤表面に中心星の光が当たらない「影」が形成され、これによって氷昇華線の外側のガス温度が著しく低下することまでを突き止めていた。このような環境でのダストの成長を長時間にわたって追跡したところ、氷昇華線より外側のダストが中心星へ落下するよりも速く成長し、微惑星を形成することを発見した。これは、円盤温度が低下したことによって、ダストの落下を引き起こす円盤ガスの圧力も低下したことによる。このような微惑星形成のメカニズムはこれまで知られておらず、本研究でダストと氷昇華線の連動した進化を考慮したことによって初めて明らかになったものである。以上の研究成果は日本天文学会2018年秋季年会で発表済みであり、さらに2019年内の論文化を目指している。

研究成果

• [国際共同研究] Jet Propulsion Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Jet Propulsion Laboratory
• [国際共同研究] 清華大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 清華大学
• [国際共同研究] Max Planck Institute for Astronomy(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute for Astronomy
• [雑誌論文] Millimeter-wave Polarization Due to Grain Alignment by the Gas Flow in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, A., Okuzumi, S., & Tazaki, R.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 874 ページ: article id. L6
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab0c9a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature Structure in the Inner Regions of Protoplanetary Disks: Inefficient Accretion Heating Controlled by Nonideal Magnetohydrodynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, S., Bai, X-N., & Okuzumi, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 872 ページ: article id. 98
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust Pileup at the Dead-zone Inner Edge and Implications for the Disk Shadow (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda, T., Flock, M., & Okuzumi, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 ページ: article id. 10
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf3a1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microphysical Modeling of Mineral Clouds in GJ1214 b and GJ436 b: Predicting Upper Limits on the Cloud-top Height (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohno, K., Okuzumi, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 859 ページ: article id. 34
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aabee3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impacts of Dust Feedback on a Dust Ring Induced by a Planet in a Protoplanetary Disk (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, K. D., Muto, T., Okuzumi, S., Tanigawa, T., Taki, T., & Shibaike, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 868 ページ: article id. 48
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Does Misalignment between Magnetic Field and Angular Momentum Enhance or Suppress Circumstellar Disk Formation? (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto, Y., Okuzumi, S., Iwasaki, K., Machida, M. N., & Inutsuka, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 868 ページ: article id. 22
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae4dc
  • 査読あり
• [学会発表] ダストからガスへの摩擦反作用が巨大惑星が作るダストリング構造に与える 影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金川和弘, 武藤恭之, 奥住聡, 谷川享行, 瀧哲朗, 芝池諭人
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] CO2 氷を考慮したダスト成長モデルによる HL Tau 円盤のサブミリ波偏光観 測の再現 (2019)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡, 田崎亮
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤におけるガス流によるダスト整列に起因するミリ波偏光予測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡章雅, 奥住聡, 田崎亮
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] ミリ波散乱偏波で探る原始惑星系円盤のダストの構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田崎亮, 田中秀和, 武藤恭之, 片岡章雅, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] Microphysical Modeling of Mineral Clouds in Warm Super-Earths: Predicting Upper Limits on the Cloud-Top Height (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野和正, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 有機物マントルを持つ岩石ダストの付着:モデル構築と微惑星形成への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本間和明, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 周惑星円盤における微衛星形成に対するダストサイズ分布の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 尾崎遼平, 奥住聡, 芝池 諭人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Temperature Structure of Weakly-Ionized Protoplanetary Disks (2018)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, Xuening Bai, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 系外惑星大気におけるサイズ分布を考慮した雲粒の凝縮成長 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関航佑, 奥住聡, 大野和正
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] ダストとスノーラインの共進化: 数値計算法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡, Neal Turner
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] TW Hya まわりの原始惑星系円盤からの分子輝線のALMA観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村英子, 塚越崇, 川邊良平, 武藤恭之, 秋山永治, 相川祐理, 金川 和弘, 奥住聡, 井田茂, C. Walsh, T. J. Millar
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] TW Hya の原始惑星系円盤に付随する局所的なサブミリ波超過の検出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 塚越崇, 川邊良平, 武藤恭之, 野村英子, 奥住聡, 井田茂, 橋本淳, 金川和弘, 鵜山太智, 田村元秀, Catherine Walsh,Tom Millar
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤中の非理想磁気流体力学効果に依存する温度構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 森昇志, Xuening Bai, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] 有機物マントルを持つシリケイトダストの合体成長と微惑星形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本間和明, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] 雲粒の空隙率進化によるスーパーアースの高層雲形成と大気組成への示唆 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野和正, 奥住聡, 田崎亮
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] ガリレオ衛星の新しい形成シナリオ (2018)
  • 著者名/発表者名: 芝池諭人, Chris W. Ormel, 井田茂, 奥住聡, 佐々木貴教
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 焼結が誘起する若い原始惑星系円盤での多重ダストリング形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡, 百瀬宗武, 城野信一, 小林浩, 田中秀和, 田崎亮, 檜口航太
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 系外惑星大気における鉱物雲形成: 凝縮成長による雲粒のサイズ分布計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関航佑, 奥住聡, 大野和正
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 粉体実験及び N 体計算による 放出物カーテン中での粒子衝突の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩澤聖徳, 黒澤耕介, 奥住聡, 長谷川直, 村主崇行
  • 学会等名: 日本惑星科学会2018年秋季講演会
• [学会発表] 惑星形成研究の最新の動向と将来 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム2018
  • 招待講演
• [備考] 奥住聡 個人ウェブサイト
  • URL: http://www.geo.titech.ac.jp/~sokuzumi/