2015 Fiscal Year Annual Research Report
原始惑星系円盤の進化・散逸過程から考える汎惑星形成理論
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15J01554
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小野 智弘 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 原始惑星系円盤 / 流体不安定性 / ロスビー波不安定性 / 理論天文学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
統一的な惑星形成理論構築のためには、惑星形成の現場である原始惑星系円盤を理解することが不可欠である。近年の観測技術の発展によって、原始惑星系円盤の多様な構造・進化が明らかになってきている。本研究課題の目的は、最新の観測事実に立脚し、原始惑星系円盤の構造・進化を詳細に調べ、惑星形成への影響を調べることである。
平成27年度は、原始惑星系円盤内における非軸対称流体不安定性に関する理論研究を行った。近年の観測によって、非軸対称構造を持つ原始惑星系円盤の存在が明らかになってきている。円盤非軸対称構造の成因候補の一つとして、流体不安定性の一つであるロスビー波不安定性が挙げられている。しかし、ロスビー波不安定性に関して多くの未解明点があり、理論が観測事実を完全に説明することは未だできていない。
報告者はロスビー波不安定性の線形段階を調べるために、線形安定性解析を行った。解析結果を詳細に調べることによって、従来知られていた不安定条件は必要十分条件ではないことを示し、順圧理想流体における不安定のための必要十分条件を半解析的に導出することに成功した。この結果を適用することで、従来の条件からは不安定であることが示唆されていた円盤外側領域は、ロスビー波不安定性に関して安定であることを明らかにした。さらに、ロスビー波不安定性はシアー不安定性の一種であることを突き止め、ロスビー波不安定性の物理メカニズムを実空間上で説明することに成功した。これらの結果を用いることで、観測されている非軸対称構造の成因に制限を与え、原始惑星系円盤中で起こっている物理現象をより詳細に理解できるようになることが期待される。
以上の研究成果を1編の論文にまとめ、査読付き国際学術誌に投稿した。当該論文に関して、既に掲載許可が出されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の研究では、当初の計画通り原始惑星系円盤内における非軸対称流体不安定性に関する理論研究を行い、円盤外側領域は非軸対称不安定性に対して安定であることを明らかにした。さらに、原始惑星系円盤の非軸対称構造成因候補であるロスビー波不安定性の不安定条件と物理メカニズムの解明に成功した。このような成果が得られたことは想定外であり、観測への制限可能性という観点から大きな意義を持つ結果である。
一方で、当初の計画では数値計算コードの開発、数値計算による原始惑星系円盤の構造・進化の解明を予定していたが、今年度は着手できなかった。これは、上記のロスビー波不安定性に関する研究で想定外の成果が得られ、解析に時間がかかったためである。しかし、最新の数値シミュレーションコードの利用・改良をすることで、計算コード開発に必要と考えられた時間を大幅に削減できることが分かった。そのため、計画の遅れは小さいと考えられる。
平成27年度に関して総合的に判断すると、小さな計画の遅れに対して、大きな想定外の成果が得られた。以上のことから、当初の計画以上に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、以下の2つの小課題を設定する。(a)光蒸発機構によって散逸中の原始惑星系円盤内における流体不安定性の理解。(b)ロスビー波不安定性の非線形段階を考慮した統一的な理解。
(a)原始惑星系円盤の散逸機構の一つとして光蒸発が挙げられる。光蒸発によって散逸中の原始惑星系円盤内における流体不安定性は今まで着目されてこなかったが、不安定となる場合が存在することが予期される。そのため、これに関して数値計算を用いて明らかにする。流体不安定性を考慮することで莫大な計算時間が必要になる可能性は否定できない。これに関しては、複数の計算手法を適宜使い分けることで対応する。
(b)平成27年度の研究成果によって、ロスビー波不安定性の線形段階の理解に関して大きな進展があった。一方で、流体不安定性は線形段階と非線形段階によって構成されており、統一的な理解のためにはどちらも重要である。そのため、数値計算によってロスビー波不安定性における非線形段階の理解を試みる。さらに、前年度は無視していた粘性や円盤自己重力の不安定性への影響も取り入れる。複数の効果を取り入れた時、鍵となる物理を把握することが困難になる場合がある。これに関しては、線形解析を追加で適宜行うことによって対応する。
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