合体成長過程におけるダスト圧縮過程の数値計算とその定式化

合体成長過程におけるダスト圧縮過程の数値計算とその定式化

○陶山 徹1,2_{、 和田 浩二}2_{、 田中 秀和}2 1_{北海道大学 理学院 宇宙理学専攻} 2_{北海道大学 低温科学研究所} 微惑星は、原始惑星系円盤内で、重力不安定、または、合体成長によって形成されると考 えられている。微惑星が重力不安定によって形成されるとしても、ダストは合体成長により ある程度（～cm サイズ）まで成長し、ガス抵抗を弱くする必要があるだろう。ダストはこ の合体成長の際、衝突によって圧縮され、fluffy な構造を保つことができないと予想され る。圧縮によりダストの断面積が変われば、運動を支配するガス抵抗力も変化する。そのた め、ダストの圧縮がいつ、どのように起こるかは、ダスト進化を考える上で重要な問題とな っている。 本研究では、ダスト衝突の N 体計算を行い、さらにダスト合体成長時の圧縮過程のモデル を構築した。我々の数値計算では、衝突により得られたダストを初期条件として再度衝突さ せるというように、衝突計算の繰り返し行うことで、ダストを合体成長させつつ、その圧縮 過程を調べた。簡単のために衝突速度はダスト質量によらず一定とし、衝突は正面衝突のみ を考えた。 右図は様々な衝突速度でダストを衝突合体させていった際の密度進化を示している（実 線）。ダストが成長するにつれ、密度が減少する ことがわかる。我々は Wada et al. (2007)で行わ れた数値計算結果をもとに圧縮に対抗するダスト の実効的な「圧力」を求めた。この圧力を用いる と、合体成長過程におけるダストの密度進化を解 析的に解くことができる。このモデルから求めた 値（右図破線）は数値計算とよい一致を示してい る。このモデルによると、衝突による圧縮では、 非常に密度の低いダストが作られる。そのような ダストの衝突断面積やガス抵抗に対する断面積は 大きい。そのため、円盤内のダスト進化はこれま で考えられてきた描像とは定性的に異なるものになると考えられる。円盤内のガス抵抗やダ ストの自己重力による圧縮について検討する必要があるだろう。 図 1：合体成長過程での密度進化