[P-PS06] 惑星科学

[PPS06-19] Streaming instabilityにおけるダスト衝突の物理：ダストサイズ分布の効果

*和田 航汰¹、田中 秀和¹、冨永 遼佑² (1.東北大学、2.東京科学大学)

キーワード：原始惑星系円盤、微惑星

kmサイズの微惑星の形成過程については不明な点が多く未解決問題として残されている。現在での微惑星形成の最も有力な説は、ストリーミング不安定性による高密度ダスト塊の生成である（e.g., Johansen & Youdin 2007, Yang & Zhu 2021)。このダスト塊が重力的に不安定となり微惑星がつくられると期待されている。しかし、ストリーミング不安定性にも問題が残されている。重力不安定性を起こす高密度ダスト塊の形成を通常のダストガス比で実現させるためにダストサイズが数cm以上と大きい必要があり、そのサイズまでの成長が可能であるかが問題となっている。また、高密度ダスト塊の形成にはダストが小さいほど長時間を要する (e.g., Li & Youdin 2021)ので、ダスト落下前に高密度ダスト塊を形成するために比較的大きなサイズが必要と考えられている(Carrera & Simon 2022)。
　我々は、ストリーミング不安定性において重要であるダストサイズの進化の解明に向け、ストリーミング不安定性が発達する際におけるダスト衝突過程とそれによる合体成長過程を調べている。これまでストリーミング不安定性の軸対称２次元数値シミュレーションを行い、その際のダスト衝突速度や合体成長率を調べた。その結果ダスト高密度塊内でダストは低速度衝突で短時間で成長することがわかった。そこで衝突速度や合体成長率の経験式を作成するために、ダストサイズ、ダスト-ガスの密度比、ダストサイズ分布の有無などのパラメータを変えて、同様の数値計算行い、これらパラメータに対する依存性を調べた。
　単一ダストサイズの数値計算では、ダスト-ガスの密度比を増加させるとストリーミング不安定性がさらに発達して、ダスト塊密度や衝突速度はその不安定性によって増加した。一方、サイズ分布を入れた計算では、サイズの大きいダスト成分で主に不安定性が発達することが従来知られていたが、小さいダストの存在によって不安定性の発達は抑制され、その結果ダスト塊密度や衝突速度の増大も大幅に抑制されることが今回分かった。さらに、ダストサイズ分布の有無の両数値計算の場合に対し、ダスト衝突速度、ダスト塊密度、ダスト合体成長率各量の平均値の経験式を導出することにも成功した。本研究で求めた衝突速度や成長率の経験式を用いることで、ストリーミング不安定性の発達段階におけるダスト成長過程を精度よく議論することが可能になる。