Constraining dust size, composition, and porosity at the early stage of planet formation

限制行星形成早期阶段的尘埃尺寸、成分和孔隙率

• 批准号: 22K03680
• 负责人: 片岡 章雅
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03680/
• 关键词: 惑星; 電波観測; 偏光; 原始惑星系円盤; 惑星形成

惑星形成とは、ミクロンサイズのダストが付着成長し数千キロメートルサイズの惑星を形成する過程である。現在までに、太陽系外の惑星も多数発見されており、その形成過程に注目が集まっている。惑星は、原始惑星系円盤と呼ばれるガス円盤の中で形成されると考えられている。惑星と種となる固体物質はダストと呼ばれており、そのサイズや組成を制限することは、惑星形成の理解へとつながる。従来、原始惑星系円盤のミリ波スペクトルから、惑星形成初期のダストサイズはミリメートルサイズ程度と言われてきた。それに対し我々の発展させてきたALMAミリ波偏光観測は、一桁小さいダストサイズを示唆してきた。本研究では、この矛盾はダストを球形だと仮定してモデリングしていたことが問題であること着想を得て、原始惑星系円盤におけるダスト散乱偏光理論を発展させることで、惑星形成初期のダストのサイズ・空隙・組成を解き明かすことを目標とする。1年目である本年度は、惑星の種であるダストの組成を制限するための手法開発に注力した。その結果、アルマ望遠鏡等で指摘されてきた、原始惑星系円盤の散乱特性を用いると、組成が制限できる可能性を発見することに成功した。このような組成の制限は、従来赤外線波長において行われてきたが、赤外線では円盤の表層付近しか見えず、円盤の赤道面に沈殿する惑星の種となる固体微粒子の組成を制限できないことが問題であった。それに対し本手法は、電波の散乱特性を用いることで赤道面におけるダストの組成の制限を可能とする。この研究アイディアを現在論文化している最中である。

行星形成是微米大小的尘埃颗粒粘附并生长形成数千公里大小的行星的过程。迄今为止，已经发现了许多太阳系外的行星，它们的形成过程备受关注。人们认为行星是在称为原行星盘的气体盘内形成的。形成行星和种子的固体物质被称为尘埃，限制其大小和成分将有助于更好地了解行星的形成。传统上，根据原行星盘的毫米波光谱，认为行星形成早期的尘埃颗粒大小约为毫米。相比之下，我们开发的 ALMA 毫米波偏振观测表明，尘埃尺寸要小一个数量级。在这项研究中，基于这种差异是由假设尘埃呈球形的建模引起的，我们开发了原行星盘中尘埃散射和偏振的理论来研究。目标是阐明尘埃的大小、空隙和成分。今年，即第一年，我们专注于开发限制尘埃成分的方法，尘埃是行星的种子。结果，他们成功地发现了利用原行星盘的散射特性来限制成分的可能性，这一点已经被ALMA和其他望远镜指出。这种成分限制通常是在红外波长下进行的，但问题是红外辐射只能在圆盘表面附近看到，因此无法限制形成沉淀在圆盘上的行星种子的固体颗粒的成分。圆盘的赤道面。相比之下，该方法可以利用无线电波的散射特性来限制赤道面灰尘的成分。我们目前正在将这一研究想法转化为论文。