[PAE22-P12] 内穴外縁からの多様な惑星たち
キーワード：惑星形成、スリングショット、ガス降着、惑星種族、惑星系外縁天体
惑星は宇宙で非常に一般的な天体です．これは数千の太陽系外惑星の最近の発見からすでに明らかです．しかし，それらの形成の標準理論は，ダスト/惑星の落下や円盤寿命の問題など，多くの悪名高い困難に直面しています．各問題を個別に回避しようとするのではなく，それらすべての問題を積極的に受け入れて，これらが提示する自然なシナリオを構成する．
すべての落下の問題は，ガスとの相互作用により，ダストが中心星に向かって落下することを提示します．すべての時間スケールの問題は，惑星形成過程が急速であるべきであることを提示しています．従って，惑星が存在するためには，例えば半径0.04 AUの非常に内側にガスの空隙がなければならず，落下するダストはこの内側の穴の外縁で停止する必要があります．これは，MRI，共回転不安定性，光蒸発などの物理プロセスを指定しないで，最初に仮定します．その後，次の過程1から5が順番に実現し，今日観測されている様々な惑星が自然に生成されます．(図1)
1.ダストやダストの塊は中心に向かって落下しますが，内穴の外縁で止まりそこに蓄積します．サイズに依存するこの時間スケールは数百年など非常に短い場合があります．内穴の外縁でのほぼ共通のケプラー軌道上で，散逸を伴う乱流と頻繁な破壊的衝突は，逆にそれらの合体を促進します．
2.内穴外縁で高密度ダストのコヒーレントな運動は，木星サイズのいくつかの巨大な惑星の暴走成長を誘発します．この種族はホットジュピターです．この軌道はあまりに中心近くにあり，ホットジュピターは不安定かもしれません．ただし，この暴走成長の時間スケールは，標準のディスクパラメータに基づいて計算すると数百年と非常に短いです．
3.外縁にあるこれらの巨大な惑星は，スリングショットで小さなダストを内外へ飛ばします．進化のこの段階は，様々な惑星種族を生み出すために不可欠です．外に飛ばされた10地球質量未満の小さなダスト塊は，効果的にガスを堆積することはできず，大きさは成長できません．この種族は岩石惑星です．それらは，0.1AUから1000 AUまで広く飛ばされます．一方，10地球質量を超えるサイズのダスト塊は，1つの木星（純粋な3体系）で0.4AUに，2つの木星（純粋な4体系）で1〜100 AUに飛ばされます．これら飛ばされた惑星は中心に向かって自然に移動しますが，スリングショットにより再び外側に戻されます；惑星たちは常に内穴外縁によって制御される動的なシステムであるため，惑星移動の問題は生じません．
4. 外に向かって飛ばされた10地球質量以上の大きなダスト塊は，ガスを効果的に降着することができ，ガスがそこに存在している間成長します．この過程で，スリングショットによる最初の大きな離心率は，ガスの角運動量を取得することにより，劇的に減少します．この種は，飛んだ距離に応じて，木星型惑星または海王星型惑星です．それらは，惑星の円盤上に間隙やらせん構造を形成します．
5.はるかに小さなダスト隗は非常に遠くまで飛ばされます．これらは，太陽系外惑星系における“カイパーベルト”を含む“惑星系外縁天体”の核になりえます．例えば10 ^ {12} Kgのダスト塊は，5000年のタイムスケールで100～1000AUまで飛びます．軌道傾斜角は30度を簡単に超えます．さらにそれらの離心率は1を超えることがあります．従って，このシナリオのスリングショット3により，膨大な数の塊が星間空間まで飛ばされ，浮遊惑星・小天体が生成されることが予想されます．
理論の基本的な予測に基づいてモデルを検証します．
a）すべての惑星核と小さな拡散塊は，共通の比率の材料で作られています．これは，すべての惑星核が，落下するダストの混合物として内穴外縁で形成されるためです．
b）これらの核材料は，過去に熱変成を経験しています．これは，すべての惑星核が中心星に非常に近い内穴外縁で形成されているためです．温度は容易に2000 Kに上昇する可能性があり，これは熱変成を起こすのに十分です．
これらの性質は，“惑星系外縁天体”にも適用されます．太陽系の彗星や隕石を解析すれば，我々のモデルに情報を提供するかもしれません．
すべての落下の問題は，ガスとの相互作用により，ダストが中心星に向かって落下することを提示します．すべての時間スケールの問題は，惑星形成過程が急速であるべきであることを提示しています．従って，惑星が存在するためには，例えば半径0.04 AUの非常に内側にガスの空隙がなければならず，落下するダストはこの内側の穴の外縁で停止する必要があります．これは，MRI，共回転不安定性，光蒸発などの物理プロセスを指定しないで，最初に仮定します．その後，次の過程1から5が順番に実現し，今日観測されている様々な惑星が自然に生成されます．(図1)
1.ダストやダストの塊は中心に向かって落下しますが，内穴の外縁で止まりそこに蓄積します．サイズに依存するこの時間スケールは数百年など非常に短い場合があります．内穴の外縁でのほぼ共通のケプラー軌道上で，散逸を伴う乱流と頻繁な破壊的衝突は，逆にそれらの合体を促進します．
2.内穴外縁で高密度ダストのコヒーレントな運動は，木星サイズのいくつかの巨大な惑星の暴走成長を誘発します．この種族はホットジュピターです．この軌道はあまりに中心近くにあり，ホットジュピターは不安定かもしれません．ただし，この暴走成長の時間スケールは，標準のディスクパラメータに基づいて計算すると数百年と非常に短いです．
3.外縁にあるこれらの巨大な惑星は，スリングショットで小さなダストを内外へ飛ばします．進化のこの段階は，様々な惑星種族を生み出すために不可欠です．外に飛ばされた10地球質量未満の小さなダスト塊は，効果的にガスを堆積することはできず，大きさは成長できません．この種族は岩石惑星です．それらは，0.1AUから1000 AUまで広く飛ばされます．一方，10地球質量を超えるサイズのダスト塊は，1つの木星（純粋な3体系）で0.4AUに，2つの木星（純粋な4体系）で1〜100 AUに飛ばされます．これら飛ばされた惑星は中心に向かって自然に移動しますが，スリングショットにより再び外側に戻されます；惑星たちは常に内穴外縁によって制御される動的なシステムであるため，惑星移動の問題は生じません．
4. 外に向かって飛ばされた10地球質量以上の大きなダスト塊は，ガスを効果的に降着することができ，ガスがそこに存在している間成長します．この過程で，スリングショットによる最初の大きな離心率は，ガスの角運動量を取得することにより，劇的に減少します．この種は，飛んだ距離に応じて，木星型惑星または海王星型惑星です．それらは，惑星の円盤上に間隙やらせん構造を形成します．
5.はるかに小さなダスト隗は非常に遠くまで飛ばされます．これらは，太陽系外惑星系における“カイパーベルト”を含む“惑星系外縁天体”の核になりえます．例えば10 ^ {12} Kgのダスト塊は，5000年のタイムスケールで100～1000AUまで飛びます．軌道傾斜角は30度を簡単に超えます．さらにそれらの離心率は1を超えることがあります．従って，このシナリオのスリングショット3により，膨大な数の塊が星間空間まで飛ばされ，浮遊惑星・小天体が生成されることが予想されます．
理論の基本的な予測に基づいてモデルを検証します．
a）すべての惑星核と小さな拡散塊は，共通の比率の材料で作られています．これは，すべての惑星核が，落下するダストの混合物として内穴外縁で形成されるためです．
b）これらの核材料は，過去に熱変成を経験しています．これは，すべての惑星核が中心星に非常に近い内穴外縁で形成されているためです．温度は容易に2000 Kに上昇する可能性があり，これは熱変成を起こすのに十分です．
これらの性質は，“惑星系外縁天体”にも適用されます．太陽系の彗星や隕石を解析すれば，我々のモデルに情報を提供するかもしれません．