原始惑星系円盤の形成と進化の理論
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原始惑星系円盤の形成と進化の理論. 中本泰史 ( 東工大 ). 原始惑星系円盤のグローバルな進化の話. 1. 導入 :円盤の形成と進化とは? 2. 自己重力円盤の進化 3. 円盤内での固体物質の輸送. 1. 導入 :円盤の形成と進化とは?. なぜ 「円盤」か? ー 角運動量がカギ. 円盤 の形成. 角運動量. 重力 = 遠心力. 円盤の力学的進化. 「進化」    「角運動量輸送」. 角運動量輸送機構. :応力テンソル. (1) レイノルズ応力テンソル  … 流体の乱流運動 (2) マクスウェル応力テンソル  … 電磁場の応力テンソル

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原始惑星系円盤の形成と進化の理論

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Presentation Transcript


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原始惑星系円盤の形成と進化の理論

中本泰史 (東工大)

原始惑星系円盤のグローバルな進化の話

1. 導入:円盤の形成と進化とは?

2. 自己重力円盤の進化

3. 円盤内での固体物質の輸送


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1. 導入:円盤の形成と進化とは?

なぜ「円盤」か? ー 角運動量がカギ


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円盤の形成

角運動量

重力 = 遠心力


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円盤の力学的進化

「進化」    「角運動量輸送」


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角運動量輸送機構

:応力テンソル

(1) レイノルズ応力テンソル …流体の乱流運動

(2) マクスウェル応力テンソル …電磁場の応力テンソル

(3) 重力・応力テンソル     …重力場の応力テンソル


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円盤進化の基礎方程式

質量

運動方程式

動径方向

回転方向

エネルギー方程式

ガスの状態方程式

α-モデル

α :無次元数 < 1

応力テンソルの表式


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応力テンソルを「粘性」で書くと...

局所的物理量で記述される

α-モデル

・・・・・・


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タイムスケール

free-fall time

(円盤「形成」の時間)

dynamical time

“viscous” evolution time

(円盤「進化」の時間)

heating time


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円盤の「形成」「進化」計算の一例

(面)密度

温度

中心星からの距離 [AU]

中心星からの距離 [AU]

Nakamoto & Nakagawa 1994, ApJ421, 640


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2. 自己重力円盤の進化

円盤の重力安定性

・・・重力不安定


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非軸対称構造の生成

3D SPH計算

Lodato & Rice 2004, MN351, 630


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重力トルク

議論のポイント:

円盤は分裂するか?

(2) 重力トルクはαモデルで

 表現できるか?

→ 局所的物量で書けるか?

Lynden-Bell & Kalnajs 1972, MN157, 1


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Toomre’s Q

Lodato & Rice 2004, MN351, 630


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分裂

Rice, Lodato, & Armitage 2005, MN364, L56


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Rice, Lodato, & Armitage 2005, MN364, L56

分裂!

α の最大値 = 0.06


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議論のポイント:

円盤は分裂するか?

(2) 重力トルクはαモデルで

 表現できるか?

→ 局所的物量で書けるか?

・伴星形成:巨大惑星,

       褐色矮星伴星,...

・クランプを含む円盤の進化

冷却時間が短い場合は分裂

円盤/中心星質量比が

大きい場合は不適

Vorobyov 2009, astro-ph


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分裂片(クランプ)を含む円盤の進化

Rice, Lodato, & Armitage 2005, MN364, L56

Kurumholz et al. 2009, Nature232, 754


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3. 円盤内での固体物質の輸送

van Boekel 2004, Nature 432, 479

Herbig Ae/Be stars

結晶質シリケイト:

半径大の領域に 

分子雲:アモルファス

↓--- 加熱

円盤内:結晶質


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“スターダスト” プロジェクト

Wild2彗星の軌道

地球帰還

2006年1月

打ち上げ

1999年2月

Wild2彗星

との遭遇

2004年1月

地球軌道


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加熱溶融を経験したシリケイトダスト粒子

隕石内

コンドリュール

彗星内

コンドリュール?

微惑星

10

20

30

40AU

原始惑星系円盤は「低温」


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加熱溶融を経験したシリケイトダスト粒子

彗星内

コンドリュール?

隕石内

コンドリュール

微惑星

10

20

30

40AU

(1) 円盤内輸送,(2) 円盤上空輸送,(3) その場生成


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Ciesla 2007, Science 318, 613

拡散モデル


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円盤成長モデル

Dullemond, Apai, & Walch 2006, ApJ640, L67


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t = 2 Myr

R = 10 AU


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4. おわりに

「円盤の大局的進化」

1. 重力トルクによる角運動量・質量輸送

(相対的に) 大質量,低温の円盤で効く

形成間もない円盤,円盤の外側,...

2. 円盤内の固体物質輸送

内側から外側に向けた輸送もありそう

円盤スケールにわたる物質移動がありそう


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