大規模数値計算によるダスト付着成長の微物理の発展

通过大规模数值计算发展灰尘粘附生长的微观物理学

基本信息

批准号：
19K03941
负责人：
田中秀和
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では，低速衝突合体でのダスト内部密度進化，高速衝突破壊による破片生成，および，衝突結果のモノマー相互作用モデルやそれに対する依存性のそれぞれについての新たな知見を得ることができた．ダスト内部密度進化では，質量比のついたダスト間の連続衝突の数値計算より，従来の等質量ダストの衝突計算の結果に比べ，大幅に内部密度の高いダストへと進化することを明らかにした．この結果は最新の惑星形成現場である原始惑星系円盤のミリ波偏光の観測結果と調和的である．高速衝突破壊による破片生成では，従来計算よりも大きなダストアグリゲイトの衝突破壊を調べ，より現実的な破片生成のモデルの構築に成功した．その結果，ダストアグリゲイトの１回の衝突では可視・赤外でのオパシティー等で重要である細かい破片は極めて少量しか生成されないことを示した．また，モノマー相互作用の分子動力学計算では，モノマー間の結合時の法線方向の振動に伴い，強い散逸力が働くことを示した．さらに，この散逸力を相互作用モデルに追加しだダストアグリゲイト衝突の数値計算も行った．新たに導入した散逸力はダストの付着条件には影響を及ぼさないこと，および衝突破壊の際の細かい破片の生成量はさらに減らす効果があることを示した．以上の各成果に関しての論文を国際査読雑誌にて発表した．これらの成果により円盤ダストの進化をより正確に記述することが可能になった．今後はこれらの結果をもとに，原始惑星系円盤やデブリ円盤のダスト進化モデルを再構築する必要がある．

在这个项目中，我们获得了关于低速碰撞和聚结过程中内部尘埃密度演变、高速碰撞断裂碎片生成、碰撞结果的单体相互作用模型及其依赖性的新知识。关于灰尘内部密度的演变，不同质量比的灰尘颗粒之间的连续碰撞的数值计算表明，与传统的等质量灰尘颗粒碰撞计算的结果相比，灰尘演变为具有明显更高内部密度的灰尘颗粒．这一结果与原行星盘的毫米波偏振观测结果一致，原行星盘是行星形成的最新地点。针对高速碰撞断裂产生的碎片，我们研究了比常规计算更大的尘埃聚集体的碰撞断裂，并成功构建了更真实的碎片生成模型。结果表明，灰尘聚集体的单次碰撞仅产生极少量的细小碎片，这对于可见光和红外不透明度很重要。此外，单体相互作用的分子动力学计算表明，单体之间键合时，由于法线方向的振动而产生强耗散力。此外，我们将这种耗散力添加到相互作用模型中，并对灰尘聚集体碰撞进行了数值计算。结果表明，新引入的耗散力不会影响灰尘粘附条件，并且具有进一步减少冲击断裂过程中产生的细小碎片数量的效果。有关上述每项结果的论文均发表在国际同行评审期刊上。这些结果使得更准确地描述盘尘的演化成为可能。未来有必要根据这些结果重建原行星盘和碎片盘的尘埃演化模型。