Planetesimal formation process explored by calculations of the material strength of small bodies in our solar system

通过计算太阳系小天体的物质强度探索星子形成过程

基本信息

批准号：
19J20351
负责人：
辰馬未沙子
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

惑星はどのように形成されるのだろうか？惑星形成論において、まず0.1ミクロンサイズのダスト粒子が付着成長し、kmサイズの微惑星になると考えられている。このダスト成長の途中で形成されるダスト集合体は非常に低密度であることが理論的に予想されている。しかし、ALMAなどの天文観測によると、円盤内のダスト集合体は0.1 mmサイズで高密度であることが示唆されている。すなわちダスト集合体には何らかの圧縮過程が必要であるが、よくわかっていない。このように、惑星形成過程はまだ解明されていない。そこで我々は太陽系のkmサイズ天体に着目した。特に、微惑星の生き残りだと考えられている彗星や小惑星に着目し、ダスト集合体の物質強度を用いて彗星や小惑星からダスト成長過程を明らかにした。本研究では、ダスト集合体の物質強度を定式化し、彗星や小惑星に応用した。まず、ダスト粒子の接触の物理を考慮した数値シミュレーションを用いてダスト集合体の引張強度と圧縮強度を計算し、定式化を行った。次に、ダスト集合体の引張強度を彗星と比較した。さらに、ダスト集合体の圧縮強度を用いて自己重力とつりあうバルク密度とサイズを計算し、彗星や小惑星と比較した。これらの結果を合わせると、彗星は構成粒子半径が1ミクロンのダスト集合体で説明できることがわかった。これは、これまで仮定されてきた星間ダストサイズの0.1ミクロンではなく、1ミクロンサイズのダスト粒子が惑星形成に必要であることを示唆している。また、ALMAで観測されている高密度なダスト集合体を作るには、100 kmサイズ以上の微惑星の自己重力による圧縮が必要であることを明らかにした。これは、円盤内に存在しているダスト集合体が微惑星の破片であることを示唆している。本研究について、4件の国内会議口頭発表を行った。

行星如何形成？在行星形成理论中，据认为，0.1微米的尘埃颗粒首先粘附并生长，从而产生KM大小的行星。从理论上讲，在这种粉尘生长过程中形成的灰尘组件的密度非常低。然而，诸如ALMA之类的天文观测表明，圆盘中的灰尘组件的大小为0.1 mm，高度密度。也就是说，灰尘组件需要某种压缩过程，但尚不清楚。因此，尚未阐明行星形成过程。因此，我们专注于太阳系中的KM大小的天体。特别是，我们专注于被认为是幸存的行星的彗星和小行星，并利用灰尘聚集的物质强度来阐明彗星和小行星的灰尘生长过程。在这项研究中，制定了灰尘组件的材料强度，并将其应用于彗星和小行星。首先，使用数值模拟来计算灰尘组件的拉伸强度和抗压强度，这些模拟考虑了灰尘颗粒接触的物理，并进行了配方。接下来，将灰尘组件的拉伸强度与彗星进行了比较。此外，使用粉尘组件的抗压强度来计算平衡自我重力力的散装密度和大小，并将其与彗星和小行星进行了比较。总之，这些结果表明，彗星可以通过粉尘组件的构成粒子半径为1微米来解释。这表明行星形成需要1个微米大小的灰尘颗粒，而不是先前假定的星际灰尘尺寸0.1微米。它还揭示了需要超过100 km的行星的自我振动压缩，以创建在Alma中观察到的高密度尘埃组件。这表明圆盘中存在的灰尘组合是行星的碎片。本研究在国内会议上进行了四次口头介绍。

项目成果

期刊论文数量（30）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Tensile Strength and Rotational Disruption of Highly Porous Dust Aggregates in Protoplanetary Disks

原行星盘中高孔隙尘埃聚集体的拉伸强度和旋转破坏

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuuma Misako;Kataoka Akimasa;Tanaka Hidekazu;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;Misako Tatsuuma;辰馬未沙子;Misako Tatsuuma;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;Misako Tatsuuma;辰馬未沙子;辰馬未沙子;Misako Tatsuuma
通讯作者：
Misako Tatsuuma

高空隙ダストの引張強度と原始惑星系円盤内での回転による破壊

高孔隙率灰尘的拉伸强度和原行星盘内旋转造成的破坏

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuuma Misako;Kataoka Akimasa;Tanaka Hidekazu;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;辰馬未沙子;Misako Tatsuuma;辰馬未沙子;Misako Tatsuuma;辰馬未沙子;辰馬未沙子
通讯作者：
辰馬未沙子

ダスト集合体の物質強度で探る太陽系小天体形成過程

利用尘埃聚集体的物质强度探索太阳系小天体的形成过程