太陽系外の地球型惑星の存在をダスト円盤の構造から導き出す理論モデルの構築

建立理论模型，从尘埃盘的结构推导出太阳系外类地行星的存在

基本信息

批准号：
17740107
负责人：
竹内拓
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

ダスト円盤構造の観測から、地球型惑星の存在を導き出す手法について継続して研究を行った。円盤が自発的に作る構造と、惑星によって形成される構造との違いに着目し、両構造を見分ける手法を提案した。ダストの光泳動によって構造ができる場合、円盤内の100μm-10cmのダストは外側に移動し、0.1-10AUに蓄積される。100μm程度より小さいダストはさらに輻射圧の効果により、10AU以遠にまで移動する。しかし、10cmより大きなダストは、ガス抵抗により中心星に落下してしまう。このため、中心星近傍0.1AU程度の穴が開く。この穴の半径は、ダストの物性には依らず、ダストの大きさとガス密度のみで決まるため、ガス密度とダストの大きさを観測的に求めることにより、惑星が作る構造と区別することができる。また、光泳動による構造形成は、ダストの回転によって阻害されることを示した。ダスト内部の熱緩和時間は、ガス乱流によるダスト自転時間より短いため、ガス乱流による回転は光泳動を阻害しない。しかし、光泳動自身がダストの回転を励起する。光泳動が最も効率よく回転を励起すれば、自転時間は熱緩和時間より短くなる。したがつて、光泳動は、自分自身によって、その効果が抑えられる。円盤構造は、ダストの移動だけでなく、ダスト成長にも影響される。そこで、原始惑星系円盤内でのダストの成長方程式を解く数値コードの開発を行つた。種々の計算法(Wetherillの方法、Podolakの方法、古典的な手法を2次精度に拡張したもの)の比較を行い、修正したPodolakの方法が比較的よい結果を示すことがわかった。これを元に、ダストが円盤の赤道面に沈降しながら成長する様子を解く数値コードを開発した。

我们继续研究从灰尘盘结构的观察结果中得出陆地行星存在的方法。重点关注碟片自发创建的结构与行星形成的结构之间的差异，我们提出了一种区分它们的方法。当通过灰尘的光子体实现结构时，圆盘中的100μm-10 cm灰尘将向外移动并在0.1-10 au中积聚。由于辐射压力的影响，小于大约100μm的灰尘进一步向下传播至10 au。但是，由于气体阻力，大于10厘米的灰尘将落在中心恒星上。这在中心恒星附近打开了约0.1au的孔。该孔的半径是由仅灰尘和气体密度的大小来决定的，无论灰尘的物理特性如何，因此通过观察气体密度和灰尘的大小，它可以与行星产生的结构区分开。还已经表明，粉尘的旋转抑制了由光体形成结构的形成。灰尘内部的热放松时间比燃气流量引起的灰尘旋转时间短，因此由于燃气流量引起的旋转不会阻碍光体。但是，光子本身会激发灰尘的旋转。如果光电学最有效地激发了旋转，则旋转时间将比热弛豫时间短。因此，光子本身抑制了光子的作用。光盘结构不仅受尘埃运动的影响，而且受尘埃生长的影响。因此，我们开发了一个数值代码来求解Protoplanet磁盘中灰尘的生长方程。进行了各种计算方法（Wetherill的方法，Podolak的方法和扩展到二次准确性的经典方法）的比较，发现改良的Podolak的方法表现出相对较好的结果。基于此，我们开发了一个数值代码，该代码解决了灰尘如何沉降并在光盘的赤道上生长。