共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 惑星形成環境における惑星材料物質としての氷微粒子の成長・移動過程
新規・継続の別 継続（平成23年度から）
研究代表者／所属 千葉工業大学惑星探査研究センター
研究代表者／職名 上席研究員
研究代表者／氏名 和田浩二

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 奥住聡 名大大学院理学研究科 学術特別研究員SPD

2

 小林浩 名大大学院理学研究科 特任助教

3

 竹内拓 東工大大学院理工学研究科 特任准教授

4

 片岡章雅 総研大物理科学研究科天文科学専攻 博士2年

5

 田中秀和 北大低温研

6

 谷川享行 北大低温研

研究目的 惑星形成第1段階は微粒子合体成長過程である．ダスト粒子からkmサイズの微惑星天体の形成に至るまでの過程には、未だ大きな不定性が残されている．惑星形成領域内を天体材料物質である氷ダスト粒子が大規模に移動することも指摘されており、その解明が緊急課題となっている．我々のグループでは、この2年間で微粒子衝突における合体成長現象や星周ガス円盤内での氷ダスト粒子分布進化を解明し、また微惑星天体の新たな形成過程を提唱した．本年度は、氷微粒子の成長・移動モデルをさらに発展させ、天文観測と比較するための円盤輻射モデル構築も開始する。
ダストから微惑星形成に至るまでの内部密度進化。超低密度を経由して微惑星は形成される。　　
研究内容・成果 本年度は、以下の3つの研究成果を得た。
1. 原始惑星系円盤におけるダスト成長による氷微惑星形成モデルを新たな説として提唱した。惑星形成初期段階における微惑星と呼ばれるキロメータサイズ天体の形成過程については、自己重力が非常に弱いなどの原因により種々の問題が指摘されてきた。我々は、氷微粒子集合体の付着力を考慮し、かつその内部構造進化を正確に追うことによって、ダスト成長による氷微惑星形成モデルにおいては、従来指摘されてきた衝突破壊問題や中心星への落下問題などが解決されることを明らかにした。
2. 合体成長段階にあるダスト粒子の合体条件および衝突破片生成量に関するモデルの構築を、ダスト衝突数値計算の結果を用いて行った。衝突ダストのサイズ比を考慮した場合においては、同サイズ衝突の場合に比べて、合体のための最大衝突速度は4割程増大し、0.1μmの氷微粒子からなるダストでは80m/sとなった。また、衝突破片生成量は20m/s以上では衝突速度に比例すること、20m/s以下では破片がほとんど生成されないことがわかった(Wada et al. 2013， A&A)。これより、ダスト成長が進行している原始惑星円盤においては、微小ダストが大幅に減少していることが予想される。
3. 原始惑星円盤における合体成長過程で生成される高空隙率氷ダストの存在を、天文観測によって実証する計画の第1段階として、高空隙率氷ダストの
光吸収係数や散乱係数などの光学的性質を明らかにした。光吸収係数においては、サイズ効果を考慮すると高空隙率ダストと通常の密なダストを区別することは困難であることが明らかになった。一方、散乱係数については、高空隙率氷ダストは赤外での広い波長範囲で、通常のダストに比べて大きな値をもつことがわかった。これより、高空隙率氷ダストを実証する天文観測には、赤外線による散乱光の観測が適していることが明らかになった。
ダストから微惑星形成に至るまでの内部密度進化。超低密度を経由して微惑星は形成される。　　
成果となる論文・学会発表等 K. Wada， H. Tanaka， S. Okuzumi， H. Kobayashi， et al.， Growth efficiency of dust aggregates through collisions with large mass ratios， Astron. & Astropys. 559， A62(8pp)， 2013
A. Kataoka， H. Tanaka， S. Okuzumi， and K. Wada， Fluffy dust forms icy planetesimals by static compression， Astron. & Astropys. 557， L4(4pp)， 2013
A. Kataoka， H. Tanaka， S. Okuzumi， and K. Wada， Static compression of porous dust aggregates， Astron. & Astropys. 554， A4(12pp)， 2013