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冷却駆動乱流とダストの共進化に着目した新しい氷・岩石微惑星形成モデルの構築

构建新的冰/岩石星子形成模型，重点关注冷却驱动的湍流和尘埃的共同演化

基本信息

批准号：
22KJ1337
负责人：
福原優弥
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

若い星周りには、惑星形成の現場となるガスと固体微粒子（ダスト）からなる原始惑星系円盤が存在する。惑星形成の初期段階は、ミクロンサイズのダストが合体成長し、キロメートルサイズの微惑星を形成することである。このダスト成長過程には、円盤内のガスの運動、特にガス乱流の影響を強く受けることが知られている。近年、ガス乱流を生成する物理機構として、円盤の放射冷却に起因する不安定性が注目されている。この不安定性が駆動する冷却駆動乱流は、ダスト成長に影響を与えうる。本研究では、冷却駆動乱流の一つである鉛直シア不安定性（VSI）由来の乱流に着目する。これは、円盤の回転速度の鉛直勾配と円盤ガスの素早い冷却によって駆動する不安定性である。円盤の冷却効率は円盤ダストの空間分布やサイズ、量に依存しており、この乱流が駆動しうる領域は円盤の一部に限られることがわかっている。そこで令和4年度は、VSI駆動乱流に対する冷却率分布の依存性を系統的に調べた。公開流体コードであるAthena++を用いて、冷却率が空間的に変化する条件下で二次元大局流体数値シミュレーションを行った。実施に際しては国立天文台スーパーコンピュータXC50を使用した。その結果、乱流強度と冷却率分布の関係を解明し、VSIが乱流を駆動する正確な条件を明らかにした。この結果は、円盤ダストのサイズに応じて乱流強度が変化することを示唆し、円盤乱流下におけるダスト成長に影響を与えうる重要な結果である。以上の研究成果は複数の学会において発表済みであり、また本研究成果をまとめた論文は国際誌で出版済みである。

If there are solid particles in the star formation site, the original star system disk will exist. The initial stage of the formation of the star is the formation of the star. The growth process of this kind of material is influenced by the movement and turbulence of the material. In recent years, the physical mechanism of turbulence generation and the instability caused by radiation cooling of disks have been noticed. The instability, turbulence, cooling, and growth effects are discussed. In this study, the origin of cooling turbulence and vertical instability (VSI) is discussed. The vertical alignment of the rotation speed of the disk and the instability of the disk during the initial cooling period The cooling efficiency of the disk depends on the spatial distribution of the disk and the amount of turbulence. The dependence of cooling rate distribution on VSI turbulence in the first and fourth years of the system is discussed. Open fluid temperature, cooling rate, spatial variation, two-dimensional overall fluid temperature, temperature, cooling rate, cooling rate, cooling rate The National Astronomical Observatory is currently operating on the XC50. The results show that the relationship between turbulence intensity and cooling rate distribution is clear, and the correct conditions for VSI turbulence are clear. The results show that the turbulence intensity varies greatly, and the growth of turbulence is affected by the turbulence. The above research results are published in international journals.