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。

据认为，在由气体和灰尘组成的原星盘中，灰尘会积聚并导致自我重度不稳定，尚未澄清详细的过程。在这项研究中，我们专注于磁场中的磁场和差异旋转电离气体引起的磁不稳定性（MRI）。当磁场强度和圆盘内的气体电离因径向方向而变化时，仅在某些区域会激发MRI，从而导致防止灰尘下降并鼓励尘埃积聚的状态。在这项研究中，我们使用了3D磁体模拟进行了计算，以添加超级粒子（灰尘），重现由于MRI增长，灰尘积累和自我实现不稳定而导致行星形成的过程，并研究了细节。为了引起自我实现的不稳定性，尘埃自我的重力必须超过热波动。换句话说，条件是灰尘密度很高，灰尘速度分散量很小。在本研究的行星形成模型中，这些值取决于初始磁场结构和电离结构，初始灰尘/气体密度比和灰尘大小，而没有灰尘自我加重场。因此，今年，我们使用这些结果来计算尘埃自我实力和热波动，并通过分析计算自我实现的不稳定性条件。结果表明，这项研究中行星形成的条件是（1）弱的湍流状态（对初始磁场和电离结构给出了限制），（2）灰尘的数十亿厘米，以及（3）初始灰尘（数十厘米）>> 30％的标准模型（Hayashi 1981）。我们还讨论并总结了在符合这些条件的Protoplanet磁盘中的区域与其他行星形成模型之间的比较。