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2022 年度 実施状況報告書

理論と観測で相補的に迫る原始惑星系円盤構造形成から惑星形成に至る新たな描像

研究課題

研究課題/領域番号 19K14764
研究機関鹿児島大学

研究代表者

高橋 実道  鹿児島大学, 理工学研究科, 特任研究員 (80838566)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード原始惑星系円盤 / 惑星形成 / 自己重力不安定生
研究実績の概要

2022年度の研究では、主に原始惑星系円盤の自己重力的分裂過程について研究を行った。原始惑星系円盤の自己重力的分裂は、連星系、褐色矮星、巨大ガス惑星形成のメカニズムとして注目されているが、これまで分裂条件は十分に理解されていなかった。申請者が行った過去の研究(Takahashi et al. 2016)では、自己重力による分裂条件は円盤の大局的な重力不安定性によって渦状腕が形成された後、「渦状腕構造自体が自己重力に対して不安定になる条件」で与えられることを明らかにした。この結果から、円盤分裂の条件の解明には、「重力的に不安定な渦状腕構造」を形成する条件を明らかにすれば良いことがわかっている。
原始惑星系円盤が重力的に不安定になり分裂しやすいのは、円盤形成過程で円盤に外からのガス降着がある場合である。そこで、本研究では、円盤へのガス降着の効果を取り入れた2次元流体シミュレーションを行い、円盤形成期における円盤の分裂条件について調べた。
円盤の大局的な自己重力不安定で形成される渦状腕構造は、渦状腕が作る重力トルクによる角運動量輸送を通して円盤のガス降着率と密接に関わっている。
そこで本研究では、質量降着率と渦状腕構造の関係を調べたところ、簡単な解析モデルと比較で整合的に説明できることがわかった。また、シミュレーション結果から、質量降着率、円盤半径が大きいほど分裂が起きやすいことが確認できた。
この研究成果は、天文学会年会や惑星科学会、研究会などで発表を行なっている。

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

「研究実績の概要」で記載したように、2022年度は主に原始惑星系円盤の自己重力的不安定生について、数値シミュレーションを通して理解を進めることができた。そのため、研究は概ね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後は、2022年度で得られた円盤分裂についてのシミュレーション結果をより詳細に解析し、円盤に形成される渦状腕構造と円盤中の質量降着率の対応を物理的に明らかにする。そして、円盤形成過程での分裂条件を明らかにする。
また、渦状腕構造が形成された、形成・進化の初期段階にある円盤のシミュレーション結果について模擬観測を行い、実際の観測結果と比較を行う。
この比較を通して、形成過程にある円盤の進化について、観測と理論の両面から理解を進めていく。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの影響で十分な研究会への参加が難しく、次年度使用額が生じた。今後は状況が改善し、研究会も以前のようなオフラインでの開催に戻ることが期待されるため、これまで得られた研究成果を発表するために使用する予定である。また、研究成果の論文出版などの経費にも充てる予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Planetesimal Formation by the Gravitational Instability of Dust Ring Structures2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Sanemichi Z.、Kokubo Eiichiro、Inutsuka Shu-ichiro
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 945 ページ: 120~120

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac9fd0

    • 査読あり
  • [学会発表] Self-Gravitational Fragmentation of Protoplanetary Disk in Fromation Stage2023

    • 著者名/発表者名
      高橋実道、小久保英一郎、塚本裕介
    • 学会等名
      新学術大研究会
  • [学会発表] 形成過程における原始惑星円盤の自己重力的分裂に対する条件2023

    • 著者名/発表者名
      高橋実道、小久保英一郎、塚本裕介
    • 学会等名
      日本天文学会2023年春季年会
  • [学会発表] 原始惑星系円盤形成過程における自己重力的分裂過程2022

    • 著者名/発表者名
      高橋実道、小久保英一郎
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
  • [学会発表] 原始惑星系円盤形成過程における自己重力的分裂過程2022

    • 著者名/発表者名
      高橋実道、小久保英一郎、塚本裕介
    • 学会等名
      日本惑星科学会2022年秋季講演会
  • [学会発表] 形成中の原始惑星系円盤における自己重力的分裂過程2022

    • 著者名/発表者名
      高橋実道、小久保英一郎、塚本裕介
    • 学会等名
      第35回理論懇シンポジウム

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公開日: 2023-12-25  

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