磁気回転不安定性の非一様な成長による原始惑星系円盤ガスの回転速度変化と微惑星形成

由于磁旋转不稳定性的不均匀增长，原行星盘气体和星子形成的旋转速度发生变化

基本信息

批准号：
08J08778
负责人：
加藤真理子
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

ガスとダストから成る原始惑星系円盤において、ダストが集積し、自己重力不安定を起こすことで微惑星が形成されると考えられているが、その詳細な過程はまだ解明されていない。本研究では、この問題に対して、円盤内の磁場と差動回転する電離ガスが誘発する磁気回転不安定性(Magnetorotational Instability : MRI)に注目した。円盤内の磁場強度やガス電離度が動径方向によって異なるとき、MRIは一部領域でのみ励起し、その結果、ダスト落下をせき止め、ダスト集積を促す状態となる。本研究ではこれまでに、3次元磁気流体シミュレーションに超粒子(ダスト)を加えた計算を行い、MRI成長からダスト集積、自己重力不安定による微惑星形成の過程を再現し、その詳細を調べてきた。自己重力不安定を引き起こすには、ダスト自己重力が熱変動を上回らなければならない。つまり、ダスト密度が高く、ダストの速度分散が小さいことが条件となる。本研究の微惑星形成モデルにおいてこれらの値は、初期の磁場構造・電離度構造、初期ダスト/ガス密度比、ダストサイズによって異なることが、ダスト自己重力場なしのシミュレーションによりわかっている。そこで本年度は、これらの結果を用い、ダスト自己重力と熱変動を計算し、自己重力不安定が起きる条件を解析的に求めた。その結果、本研究のモデルにおける微惑星形成可能条件として(1)弱乱流状態(初期の磁場構造・電離度構造に制限が与えられる)、(2)数十センチのダスト、(3)初期ダスト(数十センチ)面密度>標準モデル(Hayashi 1981)の約30パーセントがあげられることを示した。また、この条件が満たされる原始惑星系円盤内の領域や、他の微惑星形成モデルとの比較についても議論を進め、まとめた。

在由气体和灰尘组成的原始行星磁盘中，人们认为尘埃是积累的，并且通过引起自重的不稳定性而形成柔性行星，但尚未阐明详细的过程。这项研究的重点是磁化不稳定性的问题：MRI，它诱导的电离气体与磁盘中的磁场不同。当磁盘中的磁场强度和气体电离程度取决于运动的方向时，仅在某些区域将MRI激发，因此，它被粉尘下降并促进粉尘积聚而停止。在这项研究中，我们已经计算出具有超级颗粒（灰尘）的3D磁液模拟，由于粉尘收集，自我重力不稳定并检查了细节。尘埃自我重力必须超越热波动，以引起自我重力不稳定。换句话说，条件是尘埃密度很高，灰尘速度分散很小。它通过没有灰尘自重力场的模拟显示，具体取决于本研究的小行星形成模型中的初始磁场结构/离子结构，初始灰尘/气体密度比和灰尘大小。因此，今年，计算这些结果是为了计算尘埃自我实力和热波动，并分析了自我重力不稳定性的条件。结果，（1）在本研究模型中，脆弱的蓬松状态（初始磁场结构 /电程度结构受到限制），（2）几十厘米，（3）（几十厘米）表面密度>大约30％的标准模型（Hayashi 1981）。还讨论了讨论并比较原始行星磁盘中的区域，其中满足了这些条件，并与其他小行星形成模型进行了比较。