Magnetohydrodynamic Simulations Revealing Formation Process of Terrestrial Planets in Protoplanetary Disks

磁流体动力学模拟揭示了原行星盘中类地行星的形成过程

• 批准号: 22KJ0155
• 负责人: 森 昇志
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0155/
• 关键词: 惑星形成; 原始惑星系円盤; 磁気流体力学

本研究の目標は、磁気流体力学を正しく取り扱うことで原始惑星系円盤の物理構造を解明し、地球型惑星の形成過程を明らかにすることである。原始惑星系円盤の物理構造は磁場の影響を受けている。そのため円盤の磁気流体数値計算を行い円盤構造を深く理解することが目標である。原始惑星系円盤の内側領域を対象にした、輻射輸送入り磁気流体数値シミュレーションの計算コードが完成した。いくつかの輻射輸送のテスト計算を行なった結果、照射加熱を考慮した円盤の温度構造を完全に再現できることを示した。また、粘性加熱を考慮した場合でも、誤差10%程度で温度構造を再現することができた。このシミュレーションを実行した結果、シミュレーションは、大局的な磁場が円盤表面で曲がり、強い電流層を示すことがわかった。またこの加熱は円盤赤道面をほとんど加熱しないことも分かった。これが磁場が反転した場合も同様である。これらの結果から、原始惑星系円盤の温度構造は、数auでも、主に照射加熱によって決定されることが分かった。しかし、照射加熱の温度構造自体は円盤風の構造に影響をうけうることも示唆している。また、円盤表面での断続的かつ超音速のガス降着を発見した。これは近年の円盤観測で示唆されている、円盤表面の超音速の降着流と対応するものであり、我々のシミュレーションはそれらの円盤観測を説明できる可能性がある。また我々のシミュレーションは10年規模の時間変動があることを予言しており、今後の観測から我々のシミュレーション結果を検証することができるだろう。

这项研究的目标是通过正确处理磁流体动力学来阐明原行星盘的物理结构并阐明类地行星的形成过程。原行星盘的物理结构受磁场影响。因此，我们的目标是对圆盘进行数值磁流体动力学计算，以更深入地了解其结构。已完成针对原行星盘内部区域的辐射输运磁流体数值模拟的计算代码。多次辐射传输测试计算的结果表明，考虑到辐射加热，圆盘的温度结构可以完全再现。此外，即使考虑粘性加热，也可以以约10%的误差再现温度结构。运行此模拟后，他们发现全局磁场在磁盘表面弯曲，呈现出强电流层。还发现这种加热几乎不会加热圆盘的赤道面。当磁场反转时这也适用。这些结果表明，原行星盘的温度结构，即使是几个天文单位，也主要由辐照加热决定。然而，这也表明辐照加热本身的温度结构可能受到盘风结构的影响。他们还发现磁盘表面存在间歇性超音速气体吸积。这对应于最近的盘观测所表明的盘表面的超音速吸积流，并且我们的模拟也许能够解释这些盘观测。此外，我们的模拟预测将会出现10年规模的时间波动，我们将能够从未来的观察中验证我们的模拟结果。

项目成果

回転降着エンベロープの模擬観測:L1527 観測の再解析

旋转吸积包络的模拟观测：L1527观测的再分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 森昇志 (東北大学); 相川祐理; 大屋瑶子; 山本智 (東京大学); 坂井南美 (理化学研究所)
• 通讯作者: 坂井南美 (理化学研究所)

Insights on the Sun Birth Environment in the Context of Star Cluster Formation in Hub?Filament Systems

轮毂灯丝系统星团形成背景下太阳诞生环境的见解

• DOI: 10.3847/2041-8213/acc849
• 发表时间: 2023
• 作者: Arzoumanian Doris;Arakawa Sota;Kobayashi Masato I. N.;Iwasaki Kazunari;Fukuda Kohei;Mori Shoji;Hirai Yutaka;Kunitomo Masanobu;Kumar M. S. N;a;Kokubo Eiichiro
• 通讯作者: Kokubo Eiichiro

Temperature structure of a new protoplanetary disk model based on the latest magnetohydrodynamic findings: snowline migration and its implications for terrestrial planet formation

基于最新磁流体动力学发现的新原行星盘模型的温度结构：雪线迁移及其对类地行星形成的影响

• DOI: 10.14909/yuseijin.30.4_148
• 发表时间: 2021
• 作者: 森 昇志

大局的非理想磁気流体シミュレーションから明らかにする原始惑星系円盤の 温度構造

全球非理想磁流体动力学模拟揭示原行星盘温度结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 森昇志; Xuening Bai; 富田賢吾
• 通讯作者: 富田賢吾

Effective dust growth in laminar circumplanetary discs with magnetic wind-driven accretion

磁风驱动吸积作用下层流环行星盘中尘埃的有效生长

• DOI: 10.1093/mnras/stac3428
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 4.8
• 作者: Shibaike Yuhito;Mori Shoji
• 通讯作者: Mori Shoji