系外ガス惑星の熱進化モデルの構築：ガス降着過程の影響の解明

外气行星热演化模型的构建：阐明气体吸积过程的影响

基本信息

批准号：
20K14542
负责人：
國友正信
金额：
$ 1.75万
依托单位：
Kurume University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，現実的な形成過程を考慮し，ガス惑星の熱進化過程を解明することである。これまで，原始ガス惑星に降着するガス組成の理解のため，太陽の観測を用いて原始太陽系円盤の組成進化の制約を行ってきた。二年次に得られた成果をまとめ，追加計算などを行い，論文を一報 A&A 誌より出版した。得られた成果について以下に概要をまとめる。原始太陽は原始太陽系円盤からの降着を受けて成長したため，太陽内部の組成構造から円盤ガス組成の情報を引き出せる可能性があり，太陽の形成・進化過程の理論研究を行った。原始太陽系円盤では，cm 程度のサイズの固体成分（ダスト）がガスとの摩擦により急速に落下することで，初期段階では原始太陽に高い金属量のガスが降着する。一方で，後期段階ではダストの枯渇や原始惑星の形成などにより，低金属量の降着になる。この降着流の組成（すなわち円盤組成）の時間進化により，太陽内部に中心部が高金属量，表面が低金属量という組成勾配が作られることがわかった。数値計算により多数の太陽モデルを構築し太陽ニュートリノ観測と比較したところ，1 Myr 程度で円盤組成が高金属量から低金属量に切り替わると太陽の観測をよく再現することがわかった。この結果は，太陽物理においても重要である。太陽内部は分光観測・日震学観測・ニュートリノ観測の3つの観測手法を用いて制約されてきた。それぞれ，表面組成，内部構造，中心部の熱構造の理解につながる。しかし，これまでこれら3つの観測を全て再現する理論モデルが存在せず，「太陽組成問題」もしくは「太陽モデリング問題」と呼ばれ，盛んに議論されてきた。我々が構築した太陽モデルでは，内部の組成勾配により3つの観測を再現することがわかった。つまり，これまで考慮されてこなかった星・惑星形成過程により太陽組成問題を解決するという結果となった。

这项研究的目的是通过考虑现实的形成过程来阐明气体行星的热演化过程。迄今为止，我们已经利用太阳观测来限制原太阳系盘的成分演化，以了解原气体行星上吸积的气体成分。我们总结了第二年获得的结果，进行了额外的计算，并在 A&A 杂志上发表了一篇论文。所得结果总结如下。由于原始太阳是通过原始太阳系圆盘吸积而生长的，因此可以从太阳内部的成分结构中获取有关圆盘气体成分的信息，我们对太阳的形成和演化过程进行了理论研究。在原始太阳系盘中，厘米大小的固体成分（尘埃）因与气体的摩擦而迅速下落，早期阶段，含有大量金属的气体在原始太阳上吸积。另一方面，在后期，尘埃消耗和原行星形成导致金属含量低的吸积。研究发现，这种吸积流成分（即盘成分）的时间演化在太阳内部产生了成分梯度，中心金属含量高，表面金属含量低。当我们通过数值计算构建了多个太阳模型并将其与太阳中微子观测结果进行比较时，我们发现当圆盘成分从高金属含量转变为大约1 Myr的低金属含量时，太阳观测结果得到了很好的再现。这一结果在太阳物理学中也很重要。使用三种观测方法来约束太阳的内部：光谱观测、日震观测和中微子观测。每一个都可以帮助我们了解核心的表面成分、内部结构和热结构。然而，到目前为止，还没有一个理论模型可以重现所有这三个观测结果，这个问题一直被称为“太阳成分问题”或“太阳建模问题”。我们发现，由于内部成分梯度，我们构建的太阳模型再现了三个观测结果。换句话说，结果是太阳成分问题可以通过恒星/行星形成过程来解决，这是迄今为止尚未考虑到的。