巨大惑星形成期における周惑星ガス円盤と衛星系の現実的な形成シナリオの構築

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巨大ガス惑星が形成される際には、その惑星の周りに周惑星円盤と呼ばれるガス円盤が形成されることが知られている。木星のガリレオ衛星に代表される衛星系は、この周惑星円盤中で形成したと考えられており、衛星形成を理解するためには周惑星円盤の形成や進化の理解が不可欠である。周惑星円盤のガスは角運動量を外側に輸送することで、中心の惑星に向かって降着する。この過程はガス惑星への質量供給にも非常に重要である。周惑星円盤には母天体である原始惑星系円盤から継続的にガスが流入していると考えられている。この質量流入率は原始惑星系円盤の面密度に強く依存する。よって、周惑星円盤の構造の決定には原始惑星系円盤の降着率を調べることも必要となる。一般に、円盤ガスは磁気乱流によって中心天体に降着していると考えられている。磁気乱流が生じるためには円盤のガスが十分に電離されていなければならないため、ガスの電離度を調べることは円盤進化の理解において必要不可欠である。従来の磁気流体力学シミュレーションでは、計算コストの問題から電離度の進化を解かずにその平衡解を仮定し、代入するという手法が広く用いられてきた。しかし、密度の低い円盤表面付近では、化学反応の時間スケールが流体の運動の時間スケールよりも長くなるため、平衡近似が必ずしも成り立つとは限らない。そこで、本研究では我々が開発した高速な電離度計算スキームをAthena 磁気流体力学コードに組み込み、流体と同時に電離度の進化を解いた。その結果、円盤表面で電離度が平衡解よりも低くなるという現象を発見した。これは、円盤風と呼ばれる円盤表面からの質量放出現象により、円盤内部の電離度が低いガスが間欠的に円盤上空に持ち上げられるためである。この結果は原始惑星系円盤の化学進化および磁気流体力学的な円盤モデルの詳細化において重要である。