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

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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。