将来観測を見据えた「解体」する系外固体惑星のガス・ダストテイル形成モデルの構築

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は、太陽系外に普遍的に存在する固体惑星の内部組成・形成機構を、観測から解明する方法論を開拓することを目的とする。当初の計画で使用を想定していた次世代宇宙望遠鏡SPICAの打ち上げが中止されたため、既存の観測データとJWSTを用いた将来観測から本目的を達成しうる系として、白色矮星大気の重元素とその周囲のダスト・蒸気円盤に着目して研究を進めた。これらはかつて星周りに存在した固体（小）惑星を起源とし、星近傍で破壊された小惑星が降着円盤を形成しているものとされている。従って、白色矮星及びその周囲の重元素の観測からその起源である小惑星の組成を解明し、さらにはその形成過程についても制約できる可能性があると考えた。本研究では、この可能性の実現に向けた第一歩として周白色矮星円盤モデルの構築に取り組み、観測との比較を行った。岩石小惑星を起源とする降着円盤に対して、円盤中での蒸気の凝縮を初めて取り入れて岩石ダスト・蒸気の共進化を整合的に解くモデルを構築した。その結果、昇華ラインにおける岩石蒸気の再凝縮によって円盤から星表面への降着率は上限値を持ち、観測された高い降着率を説明できないことを明らかにした。また、氷小惑星が降着した場合を想定し、上記の岩石円盤モデルに水蒸気の進化も組み込んで、世界初となる複数成分の周白色矮星円盤モデルを開発した。計算の結果、水蒸気からのガス抵抗によって岩石成分は高い観測降着率を再現する一方で、岩石と水蒸気が同程度降着するため揮発性成分に枯渇した星大気組成を同時再現することは極めて困難であることを明らかにした。これらは本研究を含む既存の円盤モデルの修正必要性または観測解釈の問題点を示唆するものである。以上より、観測から惑星組成を制約する具体的な理論枠組みの方向性が得られたため、成果を複数の国内学会で発表し、国際誌にも投稿し査読者のコメントを受けて現在修正中である。