Constraining dust size, composition, and porosity at the early stage of planet formation

限制行星形成早期阶段的尘埃尺寸、成分和孔隙率

• 批准号: 22K03680
• 负责人: 片岡 章雅
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03680/
• 关键词: 惑星; 電波観測; 偏光; 原始惑星系円盤; 惑星形成

惑星形成とは、ミクロンサイズのダストが付着成長し数千キロメートルサイズの惑星を形成する過程である。現在までに、太陽系外の惑星も多数発見されており、その形成過程に注目が集まっている。惑星は、原始惑星系円盤と呼ばれるガス円盤の中で形成されると考えられている。惑星と種となる固体物質はダストと呼ばれており、そのサイズや組成を制限することは、惑星形成の理解へとつながる。従来、原始惑星系円盤のミリ波スペクトルから、惑星形成初期のダストサイズはミリメートルサイズ程度と言われてきた。それに対し我々の発展させてきたALMAミリ波偏光観測は、一桁小さいダストサイズを示唆してきた。本研究では、この矛盾はダストを球形だと仮定してモデリングしていたことが問題であること着想を得て、原始惑星系円盤におけるダスト散乱偏光理論を発展させることで、惑星形成初期のダストのサイズ・空隙・組成を解き明かすことを目標とする。1年目である本年度は、惑星の種であるダストの組成を制限するための手法開発に注力した。その結果、アルマ望遠鏡等で指摘されてきた、原始惑星系円盤の散乱特性を用いると、組成が制限できる可能性を発見することに成功した。このような組成の制限は、従来赤外線波長において行われてきたが、赤外線では円盤の表層付近しか見えず、円盤の赤道面に沈殿する惑星の種となる固体微粒子の組成を制限できないことが問題であった。それに対し本手法は、電波の散乱特性を用いることで赤道面におけるダストの組成の制限を可能とする。この研究アイディアを現在論文化している最中である。

行星形成是微米大小的灰尘粘附并成长以形成数千公里大小的行星的过程。迄今为止，已经发现了太阳系以外的许多行星，并引起了对编队过程的关注。行星被认为是在称为原星盘的气盘中形成的。行星和物种固体物质称为尘埃，限制其大小和成分会导致理解行星形成。传统上，基于Protoplanet磁盘的毫米波光谱，据说地球形成开始时的灰尘尺寸大约是毫米的大小。相比之下，我们发达的ALMA毫米波极化观察结果表明，灰尘大小较小。在这项研究中，我们启发了一个问题，即这种矛盾是假设它是球形的，并且通过发展Protoplanet磁盘中尘埃散射极化的理论，目的是在行星形成开始时揭示大小，空隙和尘埃的组成。今年，第一年的重点是开发限制行星物种尘埃组成的方法。结果，我们成功地发现了由ALMA望远镜指出的原月球磁盘的散射特性可能受到限制。尽管这种组合物受到红外波长，红外光线的限制，但问题是红外射线，固体细颗粒的组成，这些颗粒的组成是在椎间盘赤道平面中沉淀出来的行星种类。相比之下，本方法允许使用无线电波散射特性来限制赤道平面上灰尘的组成。我目前正在讨论这一研究思想。