[P-PS06] 惑星科学

[PPS06-25] 巨大ガス惑星によるギャップ形成と衝撃波加熱の一次元モデル

*佐藤 祥太¹、田中 秀和¹、辻 勇吹樹² (1.東北大学、2.東京大学)

キーワード：惑星形成、原始惑星系円盤、衝撃波加熱

原始惑星系円盤においてガスを降着して成長する巨大惑星は円盤内に密度波を励起する。この密度波は衝撃波を立てて減衰する際、円盤にトルクをかける。このトルクにより円盤内に面密度の低下したギャップが形成され、惑星のガス降着率は減少する。同時に密度波は円盤を加熱しており、始原隕石に記録されている太陽系起源物質の加熱機構として有力視されている。これらの密度波によるトルクと加熱率の間には密接な関係があることが知られている(Goodman and Rafikov 2001)。
本研究ではこのトルクと加熱率の間の関係に着目し、1次元モデルで密度波による円盤ガス加熱率を算出した。金川ら(2015,2017)は幅広いパラメータ範囲で2次元流体計算(金川ら2016)を再現する1次元ギャップモデルを作成した。このギャップモデルに微修正を加えてトルク分布を求め、トルクと加熱率の関係式から加熱率分布を算出した。
本研究の加熱率分布はギャップの面密度が変化する領域において特に高い値となり、主要な加熱領域で小野ら(2024) の流体計算をよく再現する結果となった。小野ら(2024)では加熱率の惑星質量と円盤粘性に対する依存性が議論されているが、本研究の加熱率はギャップ内ではこれらの依存性を再現することに成功した。
また、本研究の加熱率をギャップのない場合の粘性円盤加熱率と比較すると、ギャップ内では惑星質量に依らず両者は同程度の大きさとなることが確かめられた。これは密度波による加熱は粘性円盤加熱率によって上限が決められていることを示している。面密度が低いギャップ内では光学的厚さも小さく保温効果も弱いため、本研究の結果は巨大惑星がつくる衝撃波が太陽系始原物質の加熱機構として十分ではないことを示唆している。
本研究の加熱率はギャップ外側において小野らの流体計算に比べて非常に小さい値となった。これは本研究で局所近似を用いたことが原因と考えられる。ギャップの外側においても加熱率を再現するためにはグローバルの効果を取り入れた議論を行う必要がある。