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2021 年度 実施状況報告書

衝突破壊を考慮した包括的な地球型惑星形成の理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K03642
研究機関名古屋大学

研究代表者

小林 浩  名古屋大学, 理学研究科, 助教 (40422761)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード地球型惑星形成 / 巨大衝突 / デブリ円盤 / 衝突破壊
研究実績の概要

本研究では、巨大衝突ステージの惑星形成を破壊を考慮して調べるために、(i)巨大衝突シミュレーションと(ii)衝突破片の軌道・衝突進化を取り扱う「破壊入りN体シミュレーション」を行う。
(i)では、巨大衝突を模擬したSPH 法を用いた衝突シミュレーションを様々なパラメータで行い衝突モデルの構築を目指している。今年度は、シミュレーションコードの開発は完了したため、それを用いて、火星サイズの原始惑星同士をさまざまな速度と衝突角度で衝突させた。「合体衝突」、「すれ違い衝突」、そして、「大規模破壊」が衝突パラメータに応じて起こることを確認した。この結果の理解を目指して解析を続けている。
(ii)まずは、原始惑星だけを取り扱うN体シミュレーションにより原始惑星の軌道を計算し、どのタイミングで巨大衝突が起こるかを調べた。破片の放出量を仮定し、N体シミュレーションの結果をもとに、破片がどのように軌道・衝突進化をするかを「破壊入りN体シミュレーション」により計算した。大きな破片は、円盤状に分布した破片同士の衝突進化から簡単に求められる衝突進化とほぼ一致する結果が得られた。一方、小さな破片は衝突進化が短いため、巨大衝突を起こした原始惑星の軌道の位相に応じてさまざまな衝突進化を起こすことが示唆された。
また、(i)と(ii)のそれぞれのシミュレーションの解析の結果、関連することが見つかってきた。(i)のシミュレーションでは巨大衝突では衝突エネルギーが大きいため蒸発が起こり、その蒸発量が求められた。蒸発気体は膨張に伴い冷えるため、固体粒子を形成する。この固体粒子は十分小さいため(ii)のシミュレーションで示唆される面白い振る舞いをすることが分かってきた。

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

このプロジェクトのために使うミュレーションのコードは無事に開発が終わり、パラメータ調査が始められている。また、それぞれのシミュレーションで得られた結果を合わせることで、興味深い結果を引き出せることが期待されるため、おおむね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

巨大衝突シミュレーションは徹底的にパラメータ調査を行い、衝突結果を包括的に理解する衝突モデルを構築する。一方、破片の軌道・衝突進化は対局的な進化で理解できる部分を検討しつつ、破片の衝突軌道に依存する特異性を理解できるように、シミュレーションを徹底的に行い解析的な公式と比較をおこなっていく。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍での、研究発表や研究打ち合わせにより旅費の使用が難しかったため。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Collisional Growth and Fragmentation of Dust Aggregates with Low Mass Ratios. I. Critical Collision Velocity for Water Ice2021

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Yukihiko、Suzuki Takeru K.、Tanaka Hidekazu、Kobayashi Hiroshi、Wada Koji
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 915 ページ: 22~22

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abf6cf

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoevaporation of Grain-depleted Protoplanetary Disks around Intermediate-mass Stars: Investigating the Possibility of Gas-rich Debris Disks as Protoplanetary Remnants2021

    • 著者名/発表者名
      Nakatani Riouhei、Kobayashi Hiroshi、Kuiper Rolf、Nomura Hideko、Aikawa Yuri
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 915 ページ: 90~90

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac0137

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A systematic study of silicate absorption features in heavily obscured AGNs observed by <i>Spitzer</i>/IRS2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuchikawa T.、Kaneda H.、Oyabu S.、Kokusho T.、Kobayashi H.、Yamagishi M.、Toba Y.
    • 雑誌名

      Astronomy &amp; Astrophysics

      巻: 651 ページ: A117~A117

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202140483

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Growth of Protoplanets via the Accretion of Small Bodies in Disks Perturbed by the Planetary Gravity2021

    • 著者名/発表者名
      Okamura Tatsuya、Kobayashi Hiroshi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 916 ページ: 109~109

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac06c6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Dust Size on the Near-infrared Spectra (1.0?5.0 μm) of Brown Dwarf Atmospheres2021

    • 著者名/発表者名
      Sorahana Satoko、Kobayashi Hiroshi、Tanaka Kyoko K.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 919 ページ: 117~117

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac1271

    • 査読あり
  • [雑誌論文] SPH simulations for shape deformation of rubble-pile asteroids through spinup: The challenge for making top-shaped asteroids Ryugu and Bennu2021

    • 著者名/発表者名
      Sugiura Keisuke、Kobayashi Hiroshi、Watanabe Sei-ichiro、Genda Hidenori、Hyodo Ryuki、Inutsuka Shu-ichiro
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 365 ページ: 114505~114505

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2021.114505

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid Formation of Gas-giant Planets via Collisional Coagulation from Dust Grains to Planetary Cores2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Hiroshi、Tanaka Hidekazu
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 922 ページ: 16~16

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac289c

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Coagulation Instability in Protoplanetary Disks: A Novel Mechanism Connecting Collisional Growth and Hydrodynamical Clumping of Dust Particles2021

    • 著者名/発表者名
      Tominaga Ryosuke T.、Inutsuka Shu-ichiro、Kobayashi Hiroshi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 923 ページ: 34~34

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac173a

    • 査読あり
  • [学会発表] 巨大ガス惑星のコア形成理論2022

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      新学術「星・惑星形成」A02A03合同会議
  • [学会発表] 地球型惑星形成にともなう大気獲得とその組成進化についての理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      第5回 新学術領域研究「水惑星学」全体会議
  • [学会発表] 巨大衝突起源のデブリ円盤の特徴解明に向けた巨大衝突シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      日本天文学会2022年春季年会
  • [学会発表] Early Formation of Jupiter Revealed by Dust-to-Planet Simulations2022

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      令和3年度核マントル共進化研究集会
    • 招待講演
  • [学会発表] Early Formation of Gas-Giant Planets Revealed by Dust-to-Planet Simulations2022

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      新学術「星・惑星形成」2021年度大研究会
  • [学会発表] 微惑星形成・天体形成/移動2022

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      始原天体ワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] The Collisional History in the Main Belt2021

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ダストから惑星まで統一シミュレーション:巨大ガス惑星形成と軌道の分布2021

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      日本天文学会2021年秋季年会
  • [学会発表] ダストから惑星への統一シミュレーションによる巨大ガス惑星形成2021

    • 著者名/発表者名
      小林浩
    • 学会等名
      日本惑星科学会秋季講演会
  • [備考] 小林浩の研究紹介

    • URL

      https://www.astro-th.phys.nagoya-u.ac.jp/~hkobayas/hp_main/research_j.html

  • [備考] 世界初!統一シミュレーションにより、木星や土星などの「巨大ガス惑星」の形成過程を解明

    • URL

      https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2021/11/post-129.html

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公開日: 2022-12-28  

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