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 東京工業大学大学院理工学研究科 助教

2

 小林浩 名大大学院理学研究科 特任助教

3

 竹内拓 東京工業大学大学院理工学研究科 特任准教授

4

 玄田英典 東京工業大学地球生命研究所 特任准教授

5

 片岡章雅 総研大物理科学研究科天文科学専攻 博士3年

6

 田崎亮 京都大学理学研究科宇宙物理学教室 博士1年

7

 田中秀和 北大低温研

8

 谷川享行 北大低温研

9

 金川和弘 北大低温研

研究目的 惑星形成現場である原始惑星系円盤における氷ダストの成長・移動・破壊の理論モデルを構築し、また天文観測よりこれを検証する。今年度は具体的には以下の3つの研究を行った。
1. ミクロンサイズの微粒子からkm以上の天体までの衝突破壊・合体を記述する統合モデル構築
2. 氷ダストのガス円盤内の移動過程に対する惑星効果の解明
3. 高空隙率氷微粒子の光学的性質モデルとそれによる円盤輻射モデルの構築
　　
研究内容・成果 3つの研究課題において、それぞれ以下のような成果が出た。
　1. ミクロンサイズの微粒子からkm以上の天体までの衝突破壊・合体を記述する統合モデル構築: 微粒子集合体の合体成長を明らかにする上で、合体可能な衝突速度の上限値を確定することが重要である。微粒子集合体の合体可能衝突速度上限は、衝突時のエネルギー散逸量に大きく左右される。一方、ミクロンサイズの微粒子同士が相互作用する際に、従来モデルで考慮されていなかった強い散逸を伴うことが最近実験的または理論的に指摘されている。今回は微粒子集合体の衝突数値実験において、この強い散逸の効果を相互作用モデルに導入し、合体可能衝突速度上限の再検討を行った。その結果、新たな散逸効果によりその上限値はほどんど影響を受けないことが明らかになった。この結果は、従来の相互作用モデルで含まれていた散逸効果だけでも、すでに十分なエネルギー散逸が起こっていたためだと説明される。
　2. 氷ダストのガス円盤内の移動過程に対する惑星効果の解明: 巨大惑星が形成されると、その軌道に沿ってリング状にガス密度の低下したギャップ領域を形成する。このギャップ領域は、円盤を内側に移動するダストが惑星軌道を横切るのを妨げる効果がある。今回、惑星まわりの円盤ガスの流体運動を詳細に解き、惑星質量に応じてギャップ領域の密度低下がどの程度になるのか、領域の幅がどうなるか、かつ、そのようなギャップ構造の変化によりダストせき止め効果がどのように影響を受けるかを明らかにした。その結果、ダストせき止め効果は従来見積もられていたよりも大幅に弱いことが示された。
　3. 高空隙率氷微粒子の光学的性質モデルとそれによる円盤輻射モデルの構築：従来、高空隙率微粒子の光学的性質（吸収係数や散乱係数）は全く与えられていなかった。そのため、我々のグループで提唱された高空隙率微粒子の惑星形成現場における存在の実証を天文観測で行うことの障害となっていた。今回、高空隙率微粒子の光学的性質の簡単なモデルを作成した。これを用いて高空隙率微粒子が出す散乱光や熱放射にどのような特徴があるかを調べることが可能になった。
　　
成果となる論文・学会発表等 以下字数制限のため論文タイトルは省略
[1] K.D. Kanagawa， H. Tanaka， T. Muto， T. Tanigawa and T. Takeuchi (2014) Mon. Not. R. Astron. Soc. 448， 994
[2] H. Kobayashi， T. Loehne (2014) Mon. Not. R. Astron. Soc. 442， 3266
[3] A. Johansen， J Blum， H. Tanaka， C. Ormel， M. Bizzarro， and H. Rickman (2014) in Protostars and Planets VI (eds. H. Beuther， R. Klessen， C. Dullemond， Th. Henning)， University of Arizona Press [4] A. Kataoka， S. Okuzumi， H. Tanaka， and H. Nomura (2014) Astron. & Astropys. 568， A42(15pp)
[5] T. Tanigawa， A. Maruta， M. N. Machida (2014) Astrophys. J. 784， 109(13pp)
[6] T. Yamamoto， T. Kadono， K. Wada (2014) Astrophys. J. Let. 783， 36L(4pp)
[7] S. Okuzumi， T. Takeuchi， T. Muto (2014) Astrophys. J. 785， 127
[8] T. Takeuchi， S. Okuzumi (2014) Astrophys. J. 797， 132