[P-CG20] 宇宙における物質の形成と進化

[PCG20-09] 惑星ギャップを持つ原始太陽系星雲におけるダストのサイズ・同位体組成分布の進化

*本間 和明¹、奥住 聡¹、荒川 創太²、深井 稜汰³ (1.東京工業大学、2.国立天文台、3.宇宙航空研究開発機構)

惑星形成の第一段階であるダストから微惑星への進化を明らかにすることは重要である。近年の隕石の同位体分析から、非炭素質隕石と炭素質隕石の材料となったダストの同位体組成が異なることが明らかとなっている。このことは非炭素質的な同位体組成を持つダストが存在した領域と炭素質的な同位体組成を持つダスト存在した領域が時空間的に分断されていたと解釈される。

この分断された2つの領域の形成は、原始太陽系星雲内で早期に巨大惑星が存在したことに起因するとする説が有力視されている。ガス円盤内に巨大惑星が存在する場合、惑星と円盤が重力相互作用し、ガス円盤に間隙(ギャップ)が生じる。ギャップ構造は巨大惑星の内側と外側の領域の間でのダスト粒子の移動と混合を抑制し、同位体組成の異なる2つの小天体形成領域を達成すると期待されている。しかしながら、ダスト粒子のサイズによって、ダスト移動がどれだけ抑制されるかは異なる。特に、ダストアグリゲイトの衝突破壊で生じる小さなダスト粒子は乱流拡散により、ギャップを通り抜けうる。したがって、ダストのサイズ分布を考慮した場合、惑星ギャップによるダスト混合の抑制が非効率となる可能性がある。しかしながら、この小さなダストの拡散流入により、2つの小天体形成領域の同位体組成がどのように変化するかは未だ明らかではない。

本研究の目的は、小さいダスト粒子の拡散流入が惑星ギャップ前後の小天体形成領域の同位体組成へ与える影響を明らかにすることである。そのため、我々はダストの移流・拡散・成長・破壊によるダストサイズ分布・同位体組成(54Cr/52Cr)分布の進化を同時に求めるモデルを新たに構築した。惑星ギャップを持つ原始太陽系星雲及び同位体組成の不均質を仮定し、本モデルを用いてダストのダイナミクスにより惑星ギャップ前後の小天体形成領域の同位体組成がどのように進化するかを調べた。

その結果、先行研究と同様に、ガス抵抗の強さを表す無次元量であるストークス数と乱流拡散の強度の比でギャップの内側への流入を支配するダストアグリゲイトのサイズが決まることを確認できた。 ストークス数と乱流拡散の強度によって、惑星ギャップ内側と外側の2つ領域の同位体組成の進化が異なることがわかった。ダストのギャップを跨いだ流入が抑制される場合には、惑星内側の同位体組成はダストの落下タイムスケールで一定となる。また、惑星ギャップ外側の同位体組成はダストのギャップを跨いだ流入が効率的な場合、円盤外縁のダストの同位体組成をより反映しやすいこともわかった。発表では本計算で得られた同位体組成の時間進化と実際の隕石データを比較し、太陽系形成初期段階についても議論をする予定である。