[P-PS07] 惑星科学

[PPS07-P22] 微惑星衝突における合体条件の天体サイズ依存性

*中原 蒼大¹、杉浦 圭祐²、大槻 圭史¹ (1.神戸大学大学院理学研究科、2.東京工業大学 地球生命研究所)

太陽系惑星は微惑星や原始惑星が衝突合体を繰り返して形成されたと考えられており、このような過程は太陽系における軌道進化を計算する重力N体計算などで研究されてきた。多くのN体計算においては天体同士が衝突した後そのまま合体すると仮定されているが、実際には衝突後にお互いに離れていく、当て逃げ衝突となる場合が多いことが明らかになっている。そのため当て逃げ衝突や合体衝突となる条件を調べ、惑星形成シミュレーションに組み込むことがより正確な形成過程を知るうえで重要となる。先行研究では天体を自己重力流体として扱った場合の合体-当て逃げ衝突の境界となる衝突速度（転移速度）が調べられており、そこでは転移速度は天体のサイズには依らないと結論付けられている(Genda et al. 2012)。しかし、実際の天体には岩石の強度や摩擦が存在しこれらを考慮した場合の合体条件は不明である。そこで本研究では岩石の強度と摩擦モデルを組み込んだ衝突シミュレーションを実施し、転移速度のサイズ依存性を調べた。

計算には流体を粒子に分割してその運動を数値的に解くSmoothed Particle Hydrodynamics(SPH)法を、弾性体や粉体の力学を取り扱えるように改良したもの(Sugiura et al. 2018)を用いた。構成粒子数が50,000個である同サイズの岩石天体同士を、その半径を10~6000km、衝突速度を脱出速度の1.0~2.4倍にそれぞれ変化させて衝突シミュレーションを実施した。その後、天体の総質量に対する最大破片の質量の解析から合体-当て逃げ衝突の境界となる転移速度を調べた。

岩石の破壊や摩擦を考慮した場合、原始惑星衝突の合体条件にはサイズ依存性があることが明らかになった。また、転移速度の値には天体のサイズに応じた特徴があり、十分小さい天体については脱出速度の2倍、大きい天体については1.4倍程度となっていて、その中間のサイズでは半径が大きくなるにつれて転移速度が小さくなり合体しにくくなることがわかった。このような依存性は天体のサイズが大きくなれば脱出速度および衝突エネルギーも大きくなり、衝突エネルギーが大きくにつれて起きる溶融によって摩擦の効果が弱まることに起因すると考えられる。