原始惑星系円盤内縁における岩石微惑星形成と地球型惑星の起源の解明

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本研究の目的は、原始惑星系円盤の内縁に存在する乱流境界線という領域における局所的な岩石微惑星形成を調べることで、系外惑星系や太陽系などの多様な惑星系を説明できる惑星形成モデルを構築することである。今年度は、初めに、乱流境界線における微惑星形成を1次元のダスト・ガス円盤進化計算によって調べた。この研究では、幅広い円盤乱流強度・ダスト臨界付着速度のもとで、乱流境界線で形成される微惑星の総質量を調べた。これにより、太陽系などの低質量惑星系・スーパーアース系などの高質量惑星系を形成するのに望ましい円盤パラメータ範囲に制限を与えた。さらに、上記ダスト進化計算の結果をもとに、輻射輸送計算を行い、乱流境界線でのダスト濃集が作り出す円盤表層の影をモデル化し、微惑星形成の間接的な証拠としての影の観測モデルを構築した。影は10AU程度まで広がりうるため、高解像度の赤外線観測装置を使うことで検出できることが期待される。続いて、上記計算を、より太陽系に近い形成環境に応用することで、乱流境界線で太陽系の地球型惑星を形成するのに必要な円盤の条件を調べた。その結果、乱流境界線での岩石微惑星形成によって、現在の太陽系の地球型惑星の軌道・質量分布を上手く再現できる円盤条件を明らかにすることに成功した。特に、微惑星の総質量が円盤乱流強度に強くするため、乱流強度を強く制限することに成功した。これらと並行して、より詳細に微惑星形成過程を明らかにするため、２次元ガス円盤構造とダスト進化を同時に計算する計算コードの開発を行った。その結果、簡単なダスト進化モデルの元、２次元の円盤の温度・力学構造・ダスト進化を同時に計算する世界で初めての計算コードを開発することに成功した。今後は、このコードをより複雑なダスト進化モデルに拡張し、乱流境界線での微惑星形成過程を詳細に調べる予定である。