原始惑星系円盤の形成と進化の理論 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 原始惑星系円盤の形成と進化の理論 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
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
(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 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
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, ApJ 421, 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, MN 351, 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？
　　表現できるか？ 　→ 局所的物量で書けるか？ Lynden-Bell & Kalnajs 1972, MN 157, 1

13 Toomre’s Q Lodato & Rice 2004, MN 351, 630

14 分裂 Rice, Lodato, & Armitage 2005, MN 364, L56

15 Rice, Lodato, & Armitage 2005, MN 364, 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 冷却時間が短い場合は分裂 表現できるか？ → 局所的物量で書けるか？
　　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, MN 364, L56
Kurumholz et al. 2009, Nature 232, 754

18 3. 円盤内での固体物質の輸送 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
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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20 “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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25 加熱溶融を経験したシリケイトダスト粒子 原始惑星系円盤は「低温」 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
40　AU 原始惑星系円盤は「低温」

26 加熱溶融を経験したシリケイトダスト粒子 (1) 円盤内輸送，(2) 円盤上空輸送，(3) その場生成 彗星内 コンドリュール? 隕石内
？ 微惑星 10 20 30 40　AU (1) 円盤内輸送，(2) 円盤上空輸送，(3) その場生成

27 Ciesla 2007, Science 318, 613 拡散モデル

28 円盤成長モデル Dullemond, Apai, & Walch 2006, ApJ 640, L67

29 t = 2 Myr R = 10 AU

30 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