| 研究課題/領域番号 |
21K03617
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
町田 正博 九州大学, 理学研究院, 准教授 (10402786)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 星形成 / 惑星形成 / ダスト / 磁気流体 / 原始星アウトフロー / 原始惑星系円盤 |
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| 研究実績の概要 |
星形成の初期条件である分子雲コアから計算を始めて、原始星が形成し、原始星周囲に星周円盤が形成する段階までの大規模シミュレーションを行った。近年ALMA望遠鏡の観測によって、星形成初期段階で星周円盤が形成と進化する時期にダスト濃縮が起こり惑星が誕生する可能性が指摘されている。この研究では、従来のオイラー法で磁気流体力学計算を行う数値コードを拡張し、ダスト粒子をラグランジュ的に計算する手法を開発して多層格子法の計算コードに実装し、分子雲コアの収縮と進化の過程を計算した。
その結果、星周円盤が出来るまではダストとガスの運動量交換は効率的であり、ダストはガスとよく結合していることが分かった。円盤中ではガス密度が高くなるため、ダストとガスの結合が十分でなくなりダストは中心星に落下していく。しかし、赤道面方向から円盤に侵入したダスト粒子は内側で円盤落下するガスやダストから角運動量を受け取ることよって、円盤外縁に留まることが分かった。円盤外縁でのダスト成長のタイムスケールを見積もって見たところ星形成の非常に若い段階でダストの成長が始まり、成長したダストは中心に移動、または中心星に落下しないことが分かった。
この結果は、星形成初期に円盤外縁でダストが滞留し成長することを示唆している。また、より成長が進んだ場合には、微惑星、または惑星に進化すると考えられる。この領域で誕生した微惑星は惑星質量に進化するとType I型惑星移住によって中心星近傍に移動すると考えらえる。結果、我々の計算は円盤外縁で最初に惑星が形成することを意味している。
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| 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
星形成後期段階の現象と星周円盤中での惑星形成過程を解明するために、数値シミュレーション、理論解析、ALMA望遠鏡観測データの解析を用いて研究を行った。2022年度はこの課題に関して10報の論文が出版された。
数値シミュレーションでは世界で初めてオイラー法による磁気流体コードにラグランジュ粒子を実装し、ガスとダストの両方の進化計算を行った。解析研究では、分子雲コア収縮段階でのダストの成長を計算し、磁気散逸係数の変化と円盤形成過程の関係について調べた。観測研究では、オリオン星形成領域の原始星コア、アウトフローの大規模サーベイを行った。この研究によりこれまで見つかっていなかった多くのアウトフローと星形成コアを検出した。また、小マゼラン星雲で初めて原始星アウトフローを検出した。この検出は星形成過程は、他の環境が異なる銀河でも同様であること、また、宇宙初期段階の惑星の形成に制限を付けられるなど重要な発見が多くあった。さらに、より初期宇宙での星形成過程を調べるために、初代星形成のシミュ―レーションを行った。その結果、初代星の形成の母体であるミニハローが初期に微弱な磁場を持つ場合、初代星形成後に磁場が指数関数的に増幅して、その後の進化に大きな影響を与えることが分かった。
これらの研究の内４つの研究においてプレスリリーを行い、日本国内はもとより世界各地で我々の結果が報道され、大きな反響をえた。そのため、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
近年ALMA望遠鏡の観測がより進んできた。ラージプログラムにより複数の原始星の周囲の構造を高空間分解能で長時間積分することによって、これまで観測されてこなかった構造が見えてきた。例えば、非常に若い段階の星周円盤はサイズが小さく、また周囲に非軸対称の密度分布が確認出来る。非軸対称の密度分布は非一様のガスが非等方的に円盤に落下するためだと考えらえている。この要因は分子雲コア外部の非一様性、または分子雲コア内部の強い乱流運動などだと考えられている。
しかし、同様の構造は我々が行っている分子雲コア収縮のシミュレーションでも見ることが出来る。分子雲コアの磁場の向きと回転軸の向きが異なる場合、回転円盤の外側には磁場で出来た擬円盤が出来る。擬円盤は回転で支えられていないため緩やかに回転円盤に降着する。磁場や擬円盤は中心部の回転円盤に接続しているため、回転円盤が磁力線や擬円盤をねじることによって非軸対称の構造が発達すると考えらえる。
今後の研究では、擬円盤と観測されている非軸対称な密同分布についての研究を行う。ALMA望遠鏡で観測されている構造が、擬円盤で説明出来るのか定量的に比較し、星周円盤の成長過程を解明し、星形成初期段階のより詳細に理解する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
参加を予定していた国際会議が次年度に延期になったため。
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