原始惑星系円盤の熱構造の最新理解に基づく岩石惑星系形成論の展開

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23H01227
• 配分区分: 補助金
• 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)
• 研究分担者: 國友 正信 久留米大学, 医学部, 講師 (20794621) ; 平野 照幸 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), アストロバイオロジーセンター, 准教授 (10727449)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2027-03-31
• キーワード: 惑星形成 / 原始惑星系円盤 / スノーライン

研究実績の概要

「若い星の進化を考慮した円盤温度モデルの構築」では、若い星の進化モデルと円盤の電流加熱モデルを統合した円盤進化モデルのコード開発を行った。円盤の温度構造に重要な円盤内の電流加熱と中心星の照射という二つの加熱プロセスに対し、それぞれ円盤のガス流出を含む現実的な質量降着率の進化と星の光度の進化を考慮したモデルを構築した。
「磁気駆動進化円盤中での岩石惑星の形成・軌道進化計算」では、円盤の磁場駆動のガス流出を含む円盤進化モデルと、惑星の成長・移動を追跡する多粒子シミュレーションを統合した計算から、円盤の乱流強度や円盤内の固体質量の違いが形成する惑星系の特徴に大きく影響することがわかった。また、磁気駆動進化円盤におけるダスト成長と円盤温度進化を同時に計算可能な数値シミュレーションを開発し、円盤のスノーラインの進化がダスト粒子の付着力にどのように依存するかを系統的に明らかにした。これらの成果は、それぞれ論文としてまとめ、国際誌へ投稿する準備を進めている。
「多電波観測データによる円盤温度モデル構築」では、円盤の構造を統合的に計算できるモデルを用いて、若い星IM Lupの周囲の円盤の加熱構造などを調べた。その結果、この天体に関しては円盤重力不安定性起源　の加熱が卓越していることがわかり、非常に若い円盤ではこの効果が重要になることを具体的に示した。本成果をまとめた論文は国際誌Nature Astronomyに受理された。
「理論検証のための系外惑星観測データの取得・解析」では、2023年度は主に衛星トランジットサーベイ観測との連携によって既存の地上観測装置（すばる望遠鏡など）を用いて低質量星（M型矮星）まわりのトランジット惑星の発見確認を実施した。さらに、視線速度観測によってそれらのトランジット惑星の質量を制限するなどして、低質量星まわりの惑星の特徴付けも実施した。

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

研究実績の概要で述べたとおり、初年度に計画していた円盤温度モデルの構築および観測的テストでは具体的な進展および論文成果が得られた。

今後の研究の推進方策

「若い星の進化を考慮した円盤温度モデルの構築」および「磁気駆動進化円盤中での岩石惑星の形成・軌道進化計算」では、これまでに開発したシミュレーションコードを用いたより系統的なパラメータ調査を実施し、複数の論文の投稿を実現する。また、現在実施中の、円盤温度モデル上での惑星の成長・水含有量計算では、地球のような岩石主体の惑星の形成位置および条件に対する興味深い結果が得られており、今後はこの研究のさらなる推進により注力して取り組む。
「理論検証のための系外惑星観測データの取得・解析」では、今後も引き続き低質量星まわりの惑星の発見と特徴付けによって低質量星での惑星形成過程を議論するための観測サンプルを提供していくが、2024年度以降は惑星質量があまり制限されていない小型惑星（地球型惑星含む）を中心にフォローアップ観測を実施する。また、南アフリカPRIME望遠鏡に搭載する近赤外ドップラー装置“SAND”の開発を加速し、低質量星を対象とした大規模なドップラー観測に備える。

研究成果

• [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
• [国際共同研究] 精華大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 精華大学
• [雑誌論文] Direct Imaging Explorations for Companions around MidLate M Stars from the Subaru/IRD Strategic Program (2023)
  • 著者名/発表者名: Uyama Taichi、Beichman Charles、Kuzuhara Masayuki、Janson Markus、Kotani Takayuki、Mawet Dimitri、Sato Bun’ei、Tamura Motohide、Ishikawa Hiroyuki Tako、Cale Bryson、Currie Thayne、Harakawa Hiroki、Henning Thomas、Hirano Teruyuki、et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 165 ページ: 162～162
  • DOI: 10.3847/1538-3881/acbf37
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-resolution Transmission Spectroscopy of the Terrestrial Exoplanet GJ 486b (2023)
  • 著者名/発表者名: Ridden-Harper Andrew、Nugroho Stevanus K.、Flagg Laura、Jayawardhana Ray、Turner Jake D.、de Mooij Ernst、MacDonald Ryan、Deibert Emily、Tamura Motohide、Kotani Takayuki、Hirano Teruyuki、Kuzuhara Masayuki、Omiya Masashi、Kusakabe Nobuhiko
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 165 ページ: 170～170
  • DOI: 10.3847/1538-3881/acbd39
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TOI-1442 b and TOI-2445 b: Two potentially rocky ultra-short period planets around M dwarfs (2023)
  • 著者名/発表者名: Morello G.、Parviainen H.、Murgas F.、Pall E.、Oshagh M.、Fukui A.、Hirano T.、et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 673 ページ: A32～A32
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202243592
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The mass of TOI-519 b: A close-in giant planet transiting a metal-rich mid-M dwarf (2023)
  • 著者名/発表者名: Kagetani Taiki、Narita Norio、Kimura Tadahiro、Hirano Teruyuki、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 ページ: 713～721
  • DOI: 10.1093/pasj/psad031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Company for the Ultra-high Density, Ultra-short Period Sub-Earth GJ 367 b: Discovery of Two Additional Low-mass Planets at 11.5 and 34 Days* (2023)
  • 著者名/発表者名: Goffo Elisa、Gandolfi Davide、Egger Jo Ann、Mustill Alexander J.、Albrecht Simon H.、Hirano Teruyuki、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 955 ページ: L3～L3
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ace0c7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An M dwarf accompanied by a close-in giant orbiter with SPECULOOS (2023)
  • 著者名/発表者名: Triaud Amaury H M J、Dransfield Georgina、Kagetani Taiki、Timmermans Mathilde、Narita Norio、Barkaoui Khalid、Hirano Teruyuki、et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 巻: 525 ページ: L98～L104
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slad097
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Planetary companions orbiting the M dwarfs GJ 724 and GJ 3988 (2023)
  • 著者名/発表者名: Gorrini P.、Kemmer J.、Dreizler S.、et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 680 ページ: A28～A28
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202347108
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TOI-544 b: a potential water-world inside the radius valley in a two-planet system (2023)
  • 著者名/発表者名: Osborne H L M、VanEylen V、Goffo E、Gandolfi D、et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 527 ページ: 11138～11157
  • DOI: 10.1093/mnras/stad3837
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aligned grains and scattered light found in gaps of planet-forming disk (2023)
  • 著者名/発表者名: Stephens, I. W., Lin, Z.-Y. D., Fernandez-Lopez, M., Li, Z.-Y., Looney, L. W., Yang, H., Harrison, R., Kataoka, A., Carrasco-Gonzalez, C., Okuzumi, S., & Tazaki, R.
  • 雑誌名: Nature 巻: 623 ページ: 705-708
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06648-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust Enrichment and Grain Growth in a Smooth Disk around the DG Tau Protostar Revealed by ALMA Triple Bands Frequency Observations (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, S., Momose, M., Kataoka, A., Higuchi, A. E., Tsukagoshi, T., Ueda, T., Codella, C., Podio, L., Hanawa, T., Sakai, N., Kobayashi, H., Okuzumi, S., & Tanaka, H.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 954 ページ: 110
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ace9b9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Formulating Compressive Strength of Dust Aggregates from Low to High Volume Filling Factors with Numerical Simulations (2023)
  • 著者名/発表者名: Tatsuuma, M., Kataoka, A., Okuzumi, S., & Tanaka, H.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 953 ページ: 6
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acdf43
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Size Dependence of the Bouncing Barrier in Protoplanetary Dust Growth (2023)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, S., Okuzumi, S., Tatsuuma, M., Tanaka, H., Kokubo, E., Nishiura, D., Furuichi, M., & Nakamoto, T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 951 ページ: L16
  • DOI: 10.3847/2041-8213/acdb5f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structured Distributions of Gas and Solids in Protoplanetary Disks (2023)
  • 著者名/発表者名: Bae, J., Isella, A., Zhu, Z., Martin, R., Okuzumi, S., & Suriano, S.
  • 雑誌名: Protostars and Planets VII 巻: 534 ページ: 423
  • DOI: 10.48550/arXiv.2210.13314
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing the temperature structure of the inner region of a protoplanetary disk (2023)
  • 著者名/発表者名: Ueda, T., Okuzumi, S., Kataoka, A., & Flock, M.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 675 ページ: A176
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202346253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Roles of Dust Growth in the Temperature Evolution and Snow Line Migration in Magnetically Accreting Protoplanetary Disks (2023)
  • 著者名/発表者名: Kondo, K., Okuzumi, S., & Mori, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 949 ページ: 119
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acc840
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The impact of dust evolution on the dead zone outer edge in magnetized protoplanetary disks (2023)
  • 著者名/発表者名: Delage, T. N., Garate, M., Okuzumi, S., Yang, C.-C., Pinilla, P., Flock, M., Stammler, S. M., & Birnstiel, T.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 674 ページ: A190
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202244731
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Massive Protostellar Disks as a Hot Laboratory of Silicate Grain Evolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamuro, R., Tanaka, K. E. I., & Okuzumi, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 949 ページ: 29
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acc52f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 原始惑星系円盤の電波干渉計画像再構成への機械学習アプローチ (2024)
  • 著者名/発表者名: 関口瑞希, 奥住聡, 塚越祟, 百瀬宗武, 武藤恭之
  • 学会等名: 日本天文学会2024年春季年会
• [学会発表] IM Lup 円盤の近赤外線・ミリ波観測に基づく包括的な重力不安定円盤モデル (2024)
  • 著者名/発表者名: 植田高啓, 田崎亮, 奥住聡, Mario Flock, Prakruti Sudarshan
  • 学会等名: 日本天文学会2024年春季年会
• [学会発表] Effect of pre-main sequence evolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Masanobu Kunitomo, Tristan Guillot, Gael Buldgen
  • 学会等名: Future of Solar Modelling
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evidence of a signature of planet formation processes from solar neutrino fluxes (2023)
  • 著者名/発表者名: Masanobu Kunitomo, Tristan Guillot, Gael Buldgen
  • 学会等名: Protostars and Planets VII
  • 国際学会
• [学会発表] Exoplanet detection and characterization by the InfraRed Doppler (IRD) instrument on Subaru (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Hirano
  • 学会等名: Exoplanets & Planet Formation Workshop 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chromatic Measurements of Radial-Velocity Jitter (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Hirano, IRD team
  • 学会等名: the 14th RESCEU International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 系外惑星上層大気の観測と大気散逸 (2023)
  • 著者名/発表者名: 平野照幸，福井暁彦，川内紀代恵，Eric Gaidos, Vigneshwaran Krishnamurthy，すばる/IRDチーム
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
  • 招待講演
• [学会発表] Analytic Description of Radial Velocity Jitters (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Hirano, Eric Gaidos, Hiroki Harakawa, Takayuki Kotani, Masayuki Kuzuhara, Masashi Omiya, Motohide Tamura
  • 学会等名: Protostars and Planets VII
  • 国際学会
• [学会発表] Coupled evolution of the dust and shadow around the snow line in protoplanetary disks (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi, Ayumi Ono, Takahiro Ueda, Neal Turner
  • 学会等名: Protostars and Planets VII
  • 国際学会
• [学会発表] ペブル同士の衝突付着による接触面半径の解析モデルと付着N体計算との比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 辰馬未沙子, 奥住聡, 片岡章雅, 田中秀和
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 原始惑星系円盤における鉛直シア不安定性乱流下のダストの沈殿と拡散 (2023)
  • 著者名/発表者名: 福原優弥, 奥住聡, 小野智弘
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 原始惑星系円盤内側領域の温度・密度構造の共進化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤遼, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 機械学習による原始惑星系円盤の電波干渉計イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 関口瑞希, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 原始惑星系円盤内側領域への揮発性元素輸送と木星形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中澤風音, 奥住聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 磁気的に降着する原始惑星系円盤でのスノーライン移動と岩石微惑星形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 近藤克, 奥住聡, 森昇志
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] ニューラルネットワーク U-Net を用いた原始惑星系円盤の電波干渉計画像構成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 関口瑞希, 奥住聡, 塚越祟, 百瀬宗武, 武藤恭之
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 磁束輸送を考慮した円盤ガス面密度進化モデルの構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 榎本晴日, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 巨大惑星がつくる密度波による原始惑星系円盤の衝撃波加熱 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡村龍樹, 小野智弘, 奥住聡, 武藤恭之
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤内側領域のダストと温度の共進化によるダスト濃集 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤遼, 奥住聡, 植田高啓
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 大質量原始星円盤における岩石ダスト成長の観測的兆候の予測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山室良太, 田中圭, 奥住聡, 大橋聡史, 松木場亮喜
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] ALMA 3 バンド観測で明らかにする原始星 DG Tau まわりの若い円盤でのダスト濃集と惑星形成の初期条件 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大橋聡史, 百瀬宗武, 片岡章雅, 樋口あや, 塚越崇, 植田高啓, Claudio Codella, Linda Podio, 花輪知幸, 坂井南美, 小林浩, 奥住聡, 田中秀和
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 円盤形成段階でのガス・ダスト進化による同位体空間不均質の形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本間和明, 奥住聡, 荒川創太, 深井稜汰
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 磁気的に降着する原始惑星系円盤でのスノーライン移動と岩石微惑星形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 近藤克, 奥住聡, 森昇志
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 原始惑星系円盤内側領域における揮発性元素濃縮とガス惑星形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中澤風音, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 水素・へリウム・水蒸気大気を持つ系外岩石惑星の進化：大気散逸と脱ガスの影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林一生, 黒川宏之, 奥住聡
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 太陽系円盤形成段階のガス・ダスト進化による同位体不均質の形成・維持 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本間和明, 奥住聡, 荒川創太, 深井稜汰
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] 原始惑星系円盤内に埋没した惑星が駆動するガス流れ場がダスト運動に及ぼす影響:解析モデルの構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 桑原歩, 黒川宏之, 谷川享行, 奥住聡, 井田茂
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] 粘性降着円盤のダスト・温度共進化によるダスト濃集 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤遼, 奥住聡, 植田高啓
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] 原始惑星系円盤の表層ガス降着が駆動する微惑星形成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] 大質量原始星円盤における岩石ダスト成長の観測的兆候 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山室良太, 田中圭, 奥住聡, 大橋聡史, 松木場亮喜
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] ニューラルネットワーク U-Net を活用した原始惑星系円盤の電波干渉計画像構成法の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 関口瑞希, 奥住聡, 塚越祟, 百瀬宗武, 武藤恭之
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] 水素・へリウム・水蒸気大気を纏った系外岩石惑星の進化：大気散逸と脱ガスの効果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林一生, 黒川宏之, 奥住聡
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] 巨大惑星付近の原始惑星系円盤の熱構造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 奥住聡
  • 学会等名: 新学術領域「星・惑星形成」2023年度大研究会
• [学会発表] Planetesimal formation driven by the surface gas accretion in protoplanetary disks (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi
  • 学会等名: Magnetohydrodynamical flows in young circumstellar disks
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal evolution of protoplanetary disks (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuzumi
  • 学会等名: Exoplanets & Planet Formation Workshop 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 研究代表者個人ウェブサイト
  • URL: https://www.satoshiokuzumi.net/