[M-GI33] 計算科学が拓く宇宙の構造形成・進化から惑星表層環境変動まで

[MGI33-09] 現実的な合体条件を用いた岩石微惑星の集積過程の研究

*柴田 雄¹、小久保 英一郎^1,2、牧野 淳一郎³、石城 陽太² (1.国立天文台、2.東京大学、3.神戸大学)

キーワード：惑星形成、微惑星集積、微惑星の合体条件

惑星形成の一過程である微惑星の集積は、N体計算等により調べられてきた。微惑星は暴走的成長と寡占的成長を経て原始惑星へと進化したと考えられているが、第一原理計算であるN体計算を用いた集積過程の研究では、微惑星の跳ね返りなど現実的な挙動を考慮したものは少ない。また、跳ね返りや破片を考慮した研究も、必ずしも現実的な合体時の条件下で計算を行ってはいない。本研究では、微惑星の合体条件をSmoothed Particle Hydrodynamics（SPH）を用いた数値衝突実験で明らかにし、定式化された合体条件を用いて、N体計算により現実的な岩石微惑星の集積過程を調べる。SPHを用いた微惑星の数値衝突実験により、跳ね返りを起こす速度の閾値である臨界衝突速度が、衝突微惑星の質量比と衝突角度に依存することが明らかとなった。質量比がつく、または衝突角度が浅くなると、跳ね返りやすくなる。一方で、衝突微惑星の総質量には依存しない。本研究では臨界衝突速度を定式化し、微惑星の衝突速度、質量比、衝突角度から、跳ね返りを判定する。臨界衝突速度を超える衝突速度では跳ね返りと判定し、ここでは合体条件と呼ぶ。合体条件を岩石微惑星の集積過程を計算するN体計算に適用し、太陽周りの微惑星の軌道と衝突を計算することで、より現実的な岩石微惑星の集積過程を明らかにする。一般的な微惑星は跳ね返りにより成長が阻害される一方で、暴走的に成長した微惑星は重力により周囲の微惑星を取り込むため、成長が進む。これにより、跳ね返りを考慮しない従来の微惑星集積過程の研究に比べて、より二分化された微惑星の質量分布がみられた。このように、跳ね返りという現実的な衝突時の挙動を考慮することで、暴走的成長や寡占的成長がより顕著になったことで、微惑星衝突時の挙動を正しく扱うことは、現実的な集積過程を知るうえで重要であると理解できる。本講演では、SPH計算により明らかになった合体条件を紹介し、続いて跳ね返りを考慮した岩石微惑星の集積過程のN体計算の結果について議論する。