原始惑星系円盤内のダスト・ガス・化学進化：汎惑星形成論と太陽系内物質起源の検証

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25400229
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 野村 英子 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (20397821)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 理論天文学 / 星・惑星系形成 / 原始惑星系円盤

研究概要

本研究では、近年の太陽系外惑星の発見と原始惑星系円盤観測の進展を背景に、観測と詳細モデルの比較による円盤内ダスト・ガス・化学進化の検証、ひいては系外惑星形成を含めた汎惑星形成論の検証と太陽系内物質の起源解明を目指す。
H25年度はまず(A)化学反応計算に基づいた原始惑星系円盤内の複雑な有機分子生成に関する研究を行い、円盤半径50AU以内の暖かな領域で、ラジカル同士の星間塵表面反応による複雑な有機分子生成が進むことを示した。モデル計算の結果は、分子輝線観測から見積もられた彗星中の複雑な有機分子の存在量と良い一致を示し、彗星中の分子が円盤内の塵表面反応で生成された可能性を示唆した。また輻射輸送計算にもとづき、ALMAによる円盤からのメタノール分子輝線の検出、すなわち円盤内の塵表面反応の観測的検証の可能性を示した。また、(B)円盤ガス散逸過程の１つとして提唱されている、磁気回転不安定性に駆動された円盤風が、円盤からのミリ波サブミリ波分子輝線のラインプロファイルに及ぼす影響を調べた。その結果、CI, CNなどの円盤表層部と13COなどの中層部から放射される分子・原子輝線の速度プロファイルを比較することにより、円盤風の速度構造をALMA観測から測定する方法を提案した。一方で、(C)中心星および近傍の大質量星からの紫外線照射による光蒸発を考慮した、円盤ガス面密度進化の数値計算を行い、ガス面密度の減少に伴う円盤内惑星移動の抑制、すなわち、惑星の最終軌道に及ぼす影響を調べた。その結果、近傍に大質量星が存在する場合には、短周期の海王星質量の惑星が形成され易くなることを示した。

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

H25年度は、塵表面反応による複雑な有機分子生成および円盤風の観測的検証に関する研究が特に進展した。光蒸発の輻射流体シミュレーションに関しては予定よりも遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

原始惑星系円盤の物理・化学構造の観測的検証、円盤内の複雑な有機分子生成、およびダスト・プロセッシングに関する現行の研究を継続する。遅れが生じている光蒸発の輻射流体シミュレーションに関しては、シミュレーション以外の手法を用い、円盤ガス散逸や化学進化、ダスト進化への影響を調べるなどの対策を講じる。

次年度の研究費の使用計画

H25年10月に京都大学から東京工業大学に異動したことに伴い、当初予定していた研究成果発表およびパソコン購入を延期したため。
H25年度に予定していた研究成果発表の旅費、およびパソコンもしくはパソコン周辺機器・ソフトウェアの購入に使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Complex organic molecules in protoplanetary disks (2014)
  • 著者名/発表者名: Walsh, Millar, Nomura, Herbst, Widicus Weaver, Aikawa, Laas, Vasyunin
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 563 ページ: A33(35pp)
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201322446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local Enhancement of the Surface Density in the Protoplanetary Ring Surrounding HD 142527 (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukagawa, Tsukagoshi, Momose, Saigo, Ohashi, Kitamura, Inutsuka, Muto, Nomura, Takeuchi, Kobayashi, Hanawa, Akiyama, Honda, Fujiwara, Kataoka, Takahashi, Shibai
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 65 ページ: L14(5pp)
  • DOI: 10.1093/pasj/65.6.L14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water in Protoplanetary Disks: Deuteration and Turbulent Mixing (2013)
  • 著者名/発表者名: Furuya, K., Aikawa, Y., Nomura, H., Hersant, F., Wakelam, V.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 779 ページ: 11(19pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/779/1/11
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Influences of Disk Winds on Chemical Evolution of Plotoplanetary Disks (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishimoto, D., Nomura, H., Heinzeller, D., Walsh, C., Millar, T. J., Saigo, K.
  • 雑誌名: ASP Conference Series 巻: 476 ページ: 393-393
• [雑誌論文] Diagnosing Gas Dispersal Processes in Protoplanetary Disks (2013)
  • 著者名/発表者名: Nomura, H., Walsh, C., Millar, T. J., Aikawa, Y.
  • 雑誌名: ASP Conference Series 巻: 476 ページ: 209-212
• [雑誌論文] GASPS - A Herschel Survey of Gas and Dust in Protoplanetary Disks: Summary and Initial Statistics (2013)
  • 著者名/発表者名: Dent, Thi, Kamp, Williams, Menard, Andrews, Ardila, Aresu, Augereau, Barrado y Navascues, Brittain, Carmona, Ciardi, Danchi, Donaldson, Duchene, Eiroa, Fedele, Grady, de Gregorio-Molsalvo, Howard, Huelamo, Krivov, Lebreton, Liseau, Martin-Zaidi, Mathews, Meeus, Mendigutia, Montesinos, Morales-Calderon, Mora et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 巻: 125 ページ: 477-505
  • DOI: 10.1086/670826
  • 査読あり
• [学会発表] ALMAを用いた分子輝線観測による円盤風の検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石本 大貴, 野村 英子, D.Heinzeller, C.Walsh, T.J.Millar, 西合 一矢
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学
  • 年月日: 20140319-20140322
• [学会発表] 中心星輻射圧による円盤表層部のダストの外向き移動について(II) (2014)
  • 著者名/発表者名: 田崎 亮, 野村英子
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学
  • 年月日: 20140319-20140322
• [学会発表] 中心星及び近傍の大質量星による光蒸発を考慮した円盤進化の考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小野 智弘, 野村英子
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学
  • 年月日: 20140319-20140322
• [学会発表] 原始惑星系円盤中の複雑な有機分子生成モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村英子
  • 学会等名: 第2回宇宙における生命ワークショップ- Workshop on Astrobiology
  • 発表場所: 一橋大学一橋講堂
  • 年月日: 20140305-20140305
• [学会発表] 原始惑星系円盤における星間塵表面反応による複雑な有機分子生成モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村英子
  • 学会等名: 「自然科学における階層と全体」シンポジウム
  • 発表場所: 桑山ビル(名古屋)
  • 年月日: 20140220-20140221
• [学会発表] Complex organic molecules in protoplanetary disks (2013)
  • 著者名/発表者名: Walsh, Millar, Nomura, Herbst, Widicus Weaver, Aikawa, Laas, Vasyunin
  • 学会等名: Exoplanets and Disks: Their Formation and Diversity II
  • 発表場所: コナ（ハワイ）
  • 年月日: 20131208-20131212
• [学会発表] 原始惑星系円盤における複雑な有機分子生成モデル (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村英子
  • 学会等名: ｢宇宙における分子進化：星間雲から原始惑星系へ」 第一回研究集会
  • 発表場所: 北海道大学低温研
  • 年月日: 20131127-20131128
• [学会発表] Water and Organic Molecules in Protoplanetary Disks (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Nomura, M.J.Richter
  • 学会等名: Astronomy in the TMT Era
  • 発表場所: 朝日生命大手町ビル(東京)
  • 年月日: 20131016-20131017
• [学会発表] 惑星移動シミュレーションによる短周期巨大惑星の形成過程考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小野 智弘, 野村英子, 武藤 恭之
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20130910-20130912
• [学会発表] 原始惑星系円盤の分子輝線観測と化学モデル (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村英子
  • 学会等名: 原始惑星系円盤研究会
  • 発表場所: 国立天文台
  • 年月日: 20130819-20130822
  • 招待講演
• [学会発表] Diagnosing Gas Dispersal Processes in Protoplanetary Disks (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Nomura, C.Walsh, T.J.Millar, Y.Aikawa
  • 学会等名: Protostars & Planets VI
  • 発表場所: ハイデルベルク(ドイツ)
  • 年月日: 20130715-20130720
• [学会発表] Photoevaporation of Externally Irradiated Protoplanetary Disks in a Young Star Cluster (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Tamura, H.Nomura, H.Isobe, S.Inutsuka
  • 学会等名: Transformational Science with ALMA: From Dust to Rocks to Planets Formation and Evolution of Planetary Systems
  • 発表場所: コナ（ハワイ）
  • 年月日: 20130408-20130412