原始惑星系円盤の詳細構造から探る物理過程と惑星形成

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26800106
• 研究機関: 工学院大学
• 研究代表者: 武藤 恭之 工学院大学, 公私立大学の部局等, 准教授 (20633803)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 原始惑星系円盤 / 惑星形成 / 電波天文学 / 光赤外天文学 / 円盤・惑星相互作用

研究実績の概要

平成27年度は、特に原始惑星系円盤の電波観測とその解釈について、大きな進展があった。まず、平成26年度の間に投稿中であった、HD 142527のALMA Cycle 0観測に基づく、ガスとダストのモデルに関する論文が出版された。また、2015年2月に公開されたHL TauのALMAによる高解像度観測のデータの検討を行った。この円盤には、ダスト連続波において、多重のギャップ状構造があることが観測によって分かったが、そのギャップの定量的な解析をいち早く行い、我々がこれまでに共同研究で取り組んでいた円盤・惑星相互作用によるギャップ生成の理論と組み合わせ、この円盤に存在する可能性のある惑星の質量を推定した。
また、HD 142527のALMA Cycle 0観測のモデル化を行う段階で、原始惑星系円盤内に存在する成長したダスト粒子によるミリ波散乱というアイディアが生まれた。そこで、散乱によって生じる偏光について共同研究を行い、論文を出版した。本研究は、ミリ波・サブミリ波における偏光について、これまでとは全く異なるメカニズムを提唱するものである。本研究の成果に基づいてALMA Cycle 3の観測提案を提出した。この観測提案は最も高い評価を得て、現在観測が実行されているところである。
さらに、我々の近傍に存在するTW Hyaの周囲に存在する原始惑星系円盤についても、いくつかの観測が行われた。近赤外線では、この原始惑星系円盤からの散乱光を観測し、その動径プロファイルを解析することで、単純な円盤構造では説明が難しい、何らかの構造があるということが示唆された。その後、ALMAによる観測が実行され、この円盤についてもギャップ構造がありそうだという示唆が得られた。さらに、現在はより高解像度のALMAのデータを取得することができ、その解析を進めて早期の論文投稿を目指している。

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

平成27年度は、観測の解釈に関する論文や、原始惑星系円盤における円盤と惑星の重力相互作用などについて、計９編の論文を出版した。また、他にも掲載決定となっている論文や、間もなく投稿できる論文もあり、これまでの研究はおおむね順調に進んでいるといえる。

今後の研究の推進方策

現在取得済みのALMAのデータについて、早期の論文化を進めていく。同時に、ALMAのサイクル４観測にも提案を行い、さらにデータ数・天体数を増やして、今後の統計的研究に繋げていきたい。また、円盤における流体力学的素過程に関する研究も並行して行っており、基本的な物理過程について明らかにするとともに、観測への示唆まで含めた研究も進めていきたい。

次年度使用額が生じた理由

３月中に掲載決定された論文について、投稿料の支払いが４月以降となるために次年度使用とする。また、共同研究者と、３月中に、準備段階にある論文に関する議論を不定期に行うため、旅費に余裕を持たせて使用していた。

次年度使用額の使用計画

他の財源との調整が必要であるが、最大で20万円程度を論文投稿料として使用する予定である。また、残りは上記の準備中の論文投稿が４月になる見込みとなったため、その取りまとめ用の旅費等に使用する。

研究成果

• [国際共同研究] NASA./GSFC(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA./GSFC
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルグ大学
• [雑誌論文] ALMA Observations of a Gap and a Ring in the Protoplanetary Disk around TW Hya (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideko Nomura, Takashi Tsukagoshi, Ryohei Kawabe, Daiki Ishimoto, Satoshi Okuzumi, Takayuki Muto, Kazuhiro D. Kanagawa, Shigeru Ida, Catherine Walsh, T. J. Millar, Xue-Ning Bai
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 819 ページ: id. L7 (7pp)
  • DOI: 10.3847/2041-8205/819/1/L7
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Matryoshka Disk: Keck/NIRC2 Discovery of a Solar-system-scale, Radially Segregated Residual Protoplanetary Disk around HD 141569A (2016)
  • 著者名/発表者名: Thayne Currie, Carol Grady, Ryan Cloutier, Mihoko Konishi, Keivan Stassun, John Debes, Nienke van der Marel, Takayuki Muto, Ray Jayawardhana, Thorsten Ratzka
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 819 ページ: id. L26 (6pp)
  • DOI: 10.3847/2041-8205/819/2/L26
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Grain Size Constraints on HL Tau with Polarization Signature (2016)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka, Takayuki Muto, Munetake Momose, Takashi Tsukagoshi, Cornelius P. Dullemond
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 820 ページ: id. 54 (8pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/820/1/54
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery of a Disk Gap Candidate at 20 AU in TW Hydrae (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Akiyama, T. Muto, N. Kusakabe, A. Kataoka, J. Hashimoto et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 802 ページ: L17 (5pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/802/2/L17
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mass Estimates of a Giant Planet in a Protoplanetary Disk from the Gap Structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro D. Kanagawa, Takayuki Muto, Hidekazu Tanaka, Takayuki Tanigawa, Taku Takeuchi, Takashi Tsukagoshi, Munetake Momose
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 806 ページ: L15 (6pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/806/1/L15
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detailed structure of the outer disk around HD 169142 with polarized light in H-band (2015)
  • 著者名/発表者名: Munetake Momose, Ayaka Morita, Misato Fukagawa, Takayuki Muto, Taku Takeuchi, Jun Hashimoto et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: id.83 (16pp)
  • DOI: 10.1093/pasj/psv051
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Millimeter-wave Polarization of Protoplanetary Disks due to Dust Scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Kataoka, Takayuki Muto, Munetake Momose, Takashi Tsukagoshi, Misato Fukagawa, Hiroshi Shibai, Tomoyuki Hanawa, Koji Murakawa
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 809 ページ: id.78 (15pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/809/1/78
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Resolving the HD 100546 Protoplanetary System with the Gemini Planet Imager: Evidence for Multiple Forming, Accreting Planets (2015)
  • 著者名/発表者名: Thayne Currie, Ryan Cloutier, Sean Brittain, Carol Grady, Adam Burrows, Takayuki Muto, Scott J. Kenyon, Marc J. Kuchner
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 814 ページ: id.L27 (6pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/814/2/L27
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Significant gas-to-dust ratio asymmetry and variation in the disk of HD 142527 and the indication of gas depletion (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto, Takashi Tsukagoshi, Munetake Momose, Tomoyuki Hanawa, Hideko Nomura, Misato Fukagawa, Kazuya Saigo, Akimasa Kataoka, Yoshimi Kitamura, Sanemichi Z. Takahashi, Shu-ichiro Inutsuka, Taku Takeuchi, Hiroshi Kobayashi, Eiji Akiyama, Mitsuhiko Honda, Hideaki Fujiwara, Hiroshi Shibai
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: id.122 (28pp)
  • DOI: 10.1093/pasj/psv098
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Significant Variations of Gas-to-Dust Ratio of the Disk around HD 142527 (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: Protoplanetary Discussions
  • 発表場所: 英国、エジンバラ
  • 年月日: 2016-03-07 – 2016-03-11
  • 国際学会
• [学会発表] Significant Variations of Gas-to-Dust Ratio of the Disk around HD 142527 (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: Exoplanets and Disks: Their Formation and Diversity III
  • 発表場所: ホテル日航八重山
  • 年月日: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • 国際学会
• [学会発表] 原始惑星系円盤における力学過程と詳細構造の観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之
  • 学会等名: 理論懇シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-12-24 – 2015-12-24
  • 招待講演
• [学会発表] The Width and Depth of the Gap Induced by a Planet in a Protoplanetary Disk (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: ALMA Workshop on Formation and Evolution of Disks around Protostarｓ
  • 発表場所: 国立天文台
  • 年月日: 2015-12-13 – 2015-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] Connecting Disk Theory with High Resolution Observations (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: East Asia ALMA Science Workshop
  • 発表場所: I-Siteなんば（大阪府立大学）
  • 年月日: 2015-12-09 – 2015-12-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原始惑星系円盤の力学と直接撮像観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2015年度秋季講演会 最優秀研究者賞特別講演
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2015-10-16 – 2015-10-16
  • 招待講演
• [学会発表] Significant Gas‐to‐Dust Ratio Asymmetry and Variation in the Disk of HD 142527: North‐South Asymmetry (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Muto
  • 学会等名: Protoplanetary Disk Dynamics and Planet Formation
  • 発表場所: 海洋研究開発機構
  • 年月日: 2015-09-30 – 2015-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] 原始惑星系円盤におけるロスビー波不安定性の条件 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武藤恭之
  • 学会等名: 惑星・衛星系研究会
  • 発表場所: 千葉県 生命の森リゾート
  • 年月日: 2015-09-26 – 2015-09-26
• [備考]
  • URL: http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~ft13389/