塵粒子集合体の電気力学及び構造力学的進化が駆動する微惑星形成

尘粒聚集体的电动和结构机械演化驱动的行星形成

• 批准号: 10J07006
• 负责人: 奥住 聡
• 金额: $ 3.84万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J07006/
• 关键词: 惑星; ダスト; 原始惑星系円盤; 乱流; 惑星形成

従来の惑星形成理論では、付着成長を通じて形成される塵粒子集合体(ダストアグリゲイト)をコンパクトな球とみなすという著しい簡単化がなされていた。しかしながら、近年の実験室および数値実験によると、ダスト粒子は付着成長を通じて極めて低い内部密度を持つアグリゲイトへと進化することが明らかになっている。本研究員は、合体成長・内部密度進化・軌道進化を同時かつ無矛盾に考慮した円盤ダスト進化数値シミュレーションを世界に先駆けて行った。その結果、低密度化に伴うダストの空気力学的特性の変化がダストの急速な成長をもたらし、微惑星形成理論における最大の難題の1つであった「ダストの中心星落下問題」が回避されることを示した。さらに、塵粒子集合体の構造進化の観測的実証を目指し、低密度のアグリゲイトモデルを用いて原始惑星系円盤のミリ波放射光の時間進化の理論予測を行った。その結果、ダストの急速成長が中心星近傍における円盤ミリ波放射の欠損をもたらし、すでに観測されている「ミリ波遷移円盤」と類似の放射構造が自然に説明されることを明らかにした。一方、原始惑星系円盤中の乱流は惑星形成に対して決定的な影響を与えることが知られている。本研究員は、原始惑星系円盤における主要な乱流である磁気流体力学的乱流(磁気乱流)を考慮した微惑星形成の数値シミュレーションを実施し、その結果、微惑星形成が阻害されないためには大局的磁束強度が10mG程度でなければならないことを示した。円盤大局磁束の強度は、分子雲コアから原始惑星系円盤が形成される段階で、ある程度決定すると考えられている。本研究成果は、「円盤形成期における磁場の輸送進化がその後の惑星形成過程を決定付ける」というこれまでにない新しい視点を提供するものである。

在传统的行星形成理论中，进行了重大简化，认为通过增生生长形成的尘埃聚集体被视为致密球体。然而，最近的实验室和数值实验表明，灰尘颗粒通过附着生长演化成内部密度极低的聚集体。该研究人员是世界上第一个对盘尘演化进行数值模拟的人，该模拟同时且一致地考虑了聚结生长、内部密度演化和轨道演化。结果，由于密度降低而引起的尘埃空气动力学特性的变化导致尘埃的快速生长，而作为星子形成理论中最大问题之一的“尘埃中心星的坠落”问题被解决了。结果表明，避免了。此外，为了观测证明尘埃粒子聚集体的结构演化，我们使用低密度聚集体模型从理论上预测了原行星盘中毫米波同步加速器辐射的时间演化。结果，我们发现尘埃的快速增长导致中心恒星附近的盘中毫米波辐射损失，这自然解释了类似于已经观测到的“毫米波过渡盘”的辐射结构。另一方面，众所周知，原行星盘中的湍流对行星的形成具有决定性的影响。该研究人员对行星形成进行了数值模拟，考虑了磁流体动力湍流（磁湍流），这是原行星盘中的主要湍流，结果表明，整体磁通强度应在10mG左右。盘的整体磁通量的强度被认为在某种程度上是由分子云核形成原行星盘的过程决定的。这项研究的结果提供了前所未有的新视角：“盘形成期间磁场输运的演化决定了随后的行星形成过程。”

项目成果

Growth of Cosmic Dust Aggregates and Reexamination of Particle Interaction Models

宇宙尘埃聚集体的生长和粒子相互作用模型的重新检验

• 发表时间: 2012
• 期刊: Progress of Theoretical Physics Supplement
• 作者: 田中有弥;野口裕;石井久夫;岡本卓也;Tom Suyama;Hidekazu Tanaka
• 通讯作者: Hidekazu Tanaka

原始惑星系円盤におけるタ〓ストと磁気乱流の共進化

原行星盘中的味道和磁湍流的共同演化

• 发表时间: 2011
• 作者: Taku Takeuchi;Takayuki Muto;Satoshi Okuzumi;Naoki Ishitsu;Shigeru Ida;奥住聡;奥住聡;Satoshi Okuzumi;Satoshi Okuzumi;Satoshi Okuzumi;奥住聡;奥住聡;奥住聡;Satoshi Okuzumi;奥住聡;奥住聡;Satoshi Okuzumi;奥住聡
• 通讯作者: 奥住聡

The Fate of Planetesimals in Turbulent Disks with Dead Zones. I. The Turbulent Stirring Recipe

带有死区的湍流盘中星子的命运。

• 发表时间: 2013
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Yuya Tanaka;Yutaka Noguchi;Hisao Ishii;Satoshi Okuzumi
• 通讯作者: Satoshi Okuzumi

Geometric Cross Sections of Dust Aggregates and a Compression Model for Aggregate Collisions

灰尘聚集体的几何横截面和聚集体碰撞的压缩模型

• DOI: 10.1088/0004-637x/753/2/115
• 发表时间: 2012
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: 田中有弥;野口裕;石井久夫;岡本卓也;Tom Suyama
• 通讯作者: Tom Suyama

円盤磁気乱流による微惑星離心率の増幅と微惑星成長への影響

盘磁湍流对星子偏心率的放大及其对星子生长的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: Taku Takeuchi;Takayuki Muto;Satoshi Okuzumi;Naoki Ishitsu;Shigeru Ida;奥住聡;奥住聡;Satoshi Okuzumi;Satoshi Okuzumi;Satoshi Okuzumi;奥住聡
• 通讯作者: 奥住聡