A New Model of Magnetic Turbulence and Dust Growth Including Electron Heating in Protoplanetary Disks

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今年度は、乱流が十分に抑制されている原始惑星系円盤における温度構造の研究を論文にまとめ国際誌”The Astrophysical Journal”に掲載した。原始惑星系円盤の温度構造は、円盤の観測と比較する上でも非常に重要な物理量である。従来、特に円盤の内側の温度構造は、円盤ガスが中心星方向に降着する時に発生する重力ポテンシャルの解放によって決まっていると考えられていた。我々は、円盤のガス降着メカニズムと加熱プロセスをシミュレーション内で整合的に扱い解析することで、この降着加熱がどれほど円盤の加熱に寄与するかを調べた。その結果、円盤の加熱が円盤表面で起きるために、従来考えられているほど円盤内部の温度上昇に寄与しないことが分かった。さらに降着エネルギーの大部分が円盤風として円盤外へと流出するために、従来の予想より温度が低くなることを見出した。以上の結果は、スノーラインの進化の理論予測に大きな影響を及ぼす。スノーラインとは、その内側ではダスト粒子中の水が蒸発するような温度境界である。このスノーラインの位置および進化を知ることが、地球のような定含水率惑星の形成過程を知る上で重要である。上記の我々の研究が示唆するのは、降着加熱が効かないために、円盤形成段階にある早期の円盤でもスノーラインが岩石型惑星形成領域の内側に位置しうるということである。スノーラインより外側で形成された惑星は含水率が非常に高くなってしまい現在の観測事実と一致しない。そのため、岩石型惑星が円盤内側で形成後、現在の位置に移動したことを示唆する。以上の結果は博士論文としてまとめ、オープンアクセスとして公開している。以上の結果には電子加熱を考慮していないが、電子加熱は円盤の磁場構造に影響を与える可能性がある。その影響の詳細な評価については今後引き続き研究してゆく。