A study of the late stege planetary formation by high-resolution numerical simulation of the giant impact

巨撞击高分辨率数值模拟研究晚期斯泰格行星形成

• 批准号: 20J01258
• 负责人: 黒崎 健二
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Kobe University (2021-2022)Nagoya University (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J01258/
• 关键词: 天体衝突; 惑星大気; 惑星形成

惑星形成の後期段階における大規模な衝突現象は，惑星が初期に獲得していた大気の大部分を消失させるだけでなく，その惑星の内部・大気構造も変化させる．このような巨大衝突を経てどのように大気組成や惑星構造が変化を理論的に解明することにより，惑星大気組成を通じて岩石惑星の形成起源を制約することが期待される．本計画では水素大気を持つ岩石惑星に対する衝突現象の計算を行い水素大気の流出量を求めるため粒子法を用いた数値流体シミュレーションを実施した．前年度までの数値シミュレーション結果を用いて，惑星内部構造および大気構造の組成の解析を行い，衝突直後の惑星の状態を決定して長期進化における大気の安定性を調べた．また，衝突直後の大気組成について化学平衡計算も実施し，衝突後の大気組成の変化についても調べた．その結果，衝突後に大気を多く失った場合に，原始惑星系円盤由来の大気と岩石コアの蒸発大気が混合する可能性を示唆した．さらに，円盤由来の大気と岩石蒸気が反応することにより，大気中に水成分が生成することも示唆された．主星からのXUV照射による光蒸発を考慮した大気進化モデルを構築し，大気の長期安定性を調べた結果，衝突による大気組成の変化が残る場合には水成分に富む大気が形成する可能性を示唆し，系外惑星大気組成と惑星形成過程を繋げうる成果を得ることができた．本研究の成果は衝突研究会などの国内会議や国際会議(The 9th East Asian Numerical Astrophysics Meeting)にて発表を行った．

地球形成晚期的大规模碰撞不仅消失了地球获得的大多数早期大气，而且改变了行星的内部和大气结构。通过理论上阐明大气组成和行星结构的变化通过这些巨大的碰撞，预计岩石行星的起源将通过行星的大气组成来限制。在该项目中，在具有氢气的岩石行星上计算了碰撞现象，并使用粒子方法进行了计算流体模拟，以确定流动的氢气量。使用数值模拟结果到上一年，我们分析了行星内部结构和大气结构的组成，并在碰撞后立即确定了行星的状态，并研究了长期演化期间大气的稳定性。此外，碰撞后立即对大气组成进行了化学平衡计算，还研究了碰撞后大气组成的变化。结果，这表明，如果碰撞后大气流失，则可能会混合源自原球星盘的大气以及岩石芯的蒸发气氛。此外，建议通过圆盘与岩石蒸气的大气反应在大气中产生水成分。我们构建了一个大气进化模型，这些模型考虑了主要恒星的XUV辐射蒸发的照片，并研究了大气的长期稳定性，并建议如果由于碰撞而导致大气成分的变化剩余，则可以形成富含水的大气，从而导致结果可以与exoplanet大气层与行星形成过程联系起来。这项研究的结果是在诸如碰撞研究协会和国际会议（第9届东亚数字天体物理学会议）等国内会议上提出的。

项目成果

Size Evolution of Close-in Super-Earths through Giant Impacts and Photoevaporation

近距离超级地球通过巨大撞击和光蒸发的尺寸演化

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac2b2d
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Matsumoto Yuji;Kokubo Eiichiro;Gu Pin-Gao;Kurosaki Kenji
• 通讯作者: Kurosaki Kenji

Giant planets with large metal masses and metal fractions such as HD 149026b and TOI-849b form via giant impacts in a rapidly dissipating disk by photoevaporation

具有大量金属质量和金属分数的巨行星，例如 HD 149026b 和 TOI-849b，是通过光蒸发在快速消散的圆盘中发生巨大撞击而形成的

• 发表时间: 2021
• 作者: Takashi Moriya;黒川宏之;Masahiro Ogihara
• 通讯作者: Masahiro Ogihara

天体衝突による大気散逸のスケール則解明に向けて

旨在阐明与天体碰撞引起的大气耗散的尺度规律

• 发表时间: 2020
• 作者: Akita Shinsuke;Yoshida Kenji;Omura Masaaki;Yamaji Yoshihisa;Tezuka Takafumi;Tokumoto Hideki;Azuma Kazuhiko;Ikehara Yuzuru;Yamaguchi Tadashi;Mitsukawa Nobuyuki;黒崎健二，犬塚修一郎
• 通讯作者: 黒崎健二，犬塚修一郎

中央研究院天文及天文物理研究所(中国)

中央研究院天文与天体物理研究所（中国）

スーパーアースの巨大衝突における水素大気流出過程

超级地球巨星碰撞中氢大气流出过程

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Yano;M. Mozumi;M. Omura;R. Nagaoka;H. Hasegawa;板垣亮;小野智弘;黒崎健二，犬塚修一郎
• 通讯作者: 黒崎健二，犬塚修一郎