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原始惑星系円盤の形成と進化の理論

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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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 円盤の形成 角運動量 重力 = 遠心力

  4. 円盤の力学的進化 「進化」　　　　「角運動量輸送」

  5. 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

  6. 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

  7. 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 ・・・・・・

  8. 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

  9. 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

  10. 2. 自己重力円盤の進化 円盤の重力安定性 ・・・重力不安定

  11. 非軸対称構造の生成 3D SPH計算 Lodato & Rice 2004, MN351, 630

  12. 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

  13. Toomre’s Q Lodato & Rice 2004, MN351, 630

  14. 分裂 Rice, Lodato, & Armitage 2005, MN364, L56

  15. Rice, Lodato, & Armitage 2005, MN364, L56 分裂! α の最大値 = 0.06

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. “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

  20. 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」

  21. 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

  22. Ciesla 2007, Science 318, 613 拡散モデル

  23. 円盤成長モデル Dullemond, Apai, & Walch 2006, ApJ640, L67

  24. t = 2 Myr R = 10 AU

  25. 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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