[P-PS07] [JJ] 惑星科学

[PPS07-P08] 原始惑星系円盤での乱流によるダストアグリゲイトの焼結

*児玉 季里子¹、城野 信一¹ (1.名古屋大学大学院環境学研究科)

キーワード：原始惑星系円盤、焼結、乱流

原始惑星系円盤はガスとダスト微粒子で構成されている．ダスト微粒子の付着成長が惑星形成の第一ステップであるので，ダスト微粒子が付着成長できるか否かを知ることは重要である．ダスト微粒子には氷ダストと岩石ダストがある．本研究で注目している氷ダストアグリゲイトは，加熱されると焼結が進行する．焼結とは表面積が小さくなる方向に物質が移動する現象であり，ダストアグリゲイトが焼結するとダストのつなぎ目のネックが成長する．焼結したダストアグリゲイトは衝突すると跳ね返り成長できなくなるので，焼結の進行が惑星形成の初期に影響する．
　原始惑星系円盤では，熱源は中心星の可視光照射である．赤道面付近のダスト微粒子によって照射は遮られるため，円盤表面のダスト微粒子のみ加熱される．そのため，乱流によって氷ダストアグリゲイトが高温の円盤表面付近に輸送されると，焼結が進む可能性がある．
Sirono, (2011, ApJ, 735, 131)では，赤道面での温度分布から焼結が進行するのに必要なタイムスケールが示されている．しかし，先行研究では氷ダストアグリゲイトの鉛直方向の運動は考慮されていない．そこで本研究では，数値シミュレーションにより各ダストアグリゲイトの鉛直方向の運動を算出し，乱流輸送を考慮した焼結タイムスケールを求めた．
ダストアグリゲイトの鉛直方向の運動は乱流による拡散と，中心星の重力による沈降の２つである．乱流拡散と沈降を数値シミュレーションで再現することで，各ダストアグリゲイトの運動を算出する．一定時間経過すると，ダストアグリゲイトの分布は定常状態になる．定常状態になるまでのタイムスケールは沈降タイムスケール程度である．分布が定常状態でも，各ダストアグリゲイトは円盤内鉛直方向を上下に動き，高温である円盤表面に到達すると焼結する．そのため，焼結したダストアグリゲイトの比は時間とともに増加する．焼結は温度に強く依存しているため(Sirono, 2011, ApJ, 735, 131)，氷ダストアグリゲイトは高温領域である円盤表面以上の高さを経験すると，付着成長に影響するまで焼結すると仮定する．数値シミュレーションによって，高温領域を経験し，焼結したダストアグリゲイトの割合を算出し，そこから焼結タイムスケールを得る．
　焼結タイムスケールは円盤表面が下がるにつれ短くなり，円盤表面がダストアグリゲイトのスケールハイト程度である時，乱流輸送による焼結が十分に進む．円盤表面までの距離は，オパシティに依存している．アグリゲイトの成長につれオパシティが下がれば，先行研究の焼結領域に対し，新たな焼結領域が出現することが期待される．しかし，小さいアグリゲイトが少量でも存在すると，円盤表面までの距離は十分に下がらないので，円盤表面付近への輸送による焼結は進行しない．