本日うちの研究室の学生さん２名が修士論文を無事に提出しました。２年間の研究生活、おつかれさまでした。以下にそれぞれの修士論文のタイトルと概要を載せておきます。（過去の修士論文指導については、こちらを参照してください）
池田遼「微惑星リングモデルによる地球型惑星形成」
現在の太陽系地球型惑星の質量-軌道分布を再現可能かの検証は多くの研究でなされてきた が、未だ未解決である。本研究は、太陽系の地球型惑星の質量-軌道分布を再現可能かを N 体 数値計算で検証する。地球型惑星の形成モデルとして、微惑星リングモデルを用いた。1995 年に系外惑星が発見 されて以来、それらの太陽系惑星と異なる特徴などから太陽系外を含めた惑星形成モデルが未 だ確立されていない。微惑星リングモデルは ALMA を含む円盤の観測事実と整合性があるこ とが、惑星形成モデルとしての 1 つの強みである。また、微惑星リングモデルは現在の太陽系 惑星の形成機構を説明可能であると示唆されるだけでなく、同位体二分性や低質量の小惑星帯 の軌道励起やその形成についても説明できると有力視されている。ALMA による原始惑星系円盤のミリ波、サブミリ波の観測でダスト空間分布が詳細に明 らかになったことで、円盤は多様な構造を持つことが分かった。観測事実から最も普遍的な ものはリング・ギャップ構造である。リング・ギャップ構造の円盤ではダストやペブルが局 所的に集中して存在することが示唆される。ケイ酸塩の sublimation line や CO snowline、 H2O snowline のすぐ内側で形成された、局所的に圧力勾配が極大値である圧力バンプにより、 ガス抵抗で中心星方向に落下してきたペブルが捕獲される。圧力バンプに捕獲されたペブルは snowline(sublimation line) 付近での微惑星形成を促進する。本研究で用いた微惑星リングモ デルは silicate sublimation line のすぐ外側で微惑星が効率的に形成し、暴走成長、寡占成長、 巨大衝突を経て地球型惑星を形成することに着目したモデルである。また、他の先行研究では 考慮されなかった type-1 migration の効果を導入した。現在の太陽系地球型惑星の質量-軌道 長半径の分布を再現可能かに注目し、軌道要素-軌道長半径の分布についても再現性があるか 議論した。全 6 回の計算結果として、金星、地球、火星が効率的に形成しうると示唆された。 微惑星リングモデルの先行研究 (Izidoro et al., 2022; Woo et al., 2023) の数値計算結果と比 較すると、現在の太陽系の地球型惑星の質量-軌道長半径分布と整合性があると言える。計算結果をプロットした惑星系の質量-軌道長半径の分布に着目すると、≃ 1.0AU に系の中 で最大質量の惑星が形成し、金星領域から地球領域 (0.6 − 1.2AU) にかけて質量集中の傾向が ある。また、Izidoro et al. (2022) では ∼ 0.7AU に質量の極大値が見られる一方で、本研究で 形成した惑星系は ∼ 1.0AU に質量が集中している傾向が見られるため、本研究の結果の方が 現在の内惑星の質量-軌道分布との整合性がある。金星領域から水星領域にかけて惑星が形成 されていない点は Izidoro et al. (2022) の計算結果と比較して優位性があるとわかった。
谷安要「惑星の形成過程における G 型星ハビタブルゾーン周辺への水の供給に対する Type-II 惑星移動の寄与」
G 型星の Habitable Zone(HZ) は地表に水を有する条件として、惑星がハビタブル惑星であるかど うかを判定する上でで重要もの一つである。しかし、HZ の制約は水の供給を確約するものではない ため、実際にその惑星がハビタブルであるかは観測によって確認する必要がある。また計算から水の 供給を検証することもできるが、この場合水が供給されつつ惑星形成ができるような状況を考える必 要がある。そこで、本研究では巨大ガス惑星が原始惑星系円盤のギャップ構造とともに内側に移動する (Type- II 惑星移動) とともに、氷微惑星が内側へ移動し HZ 中にもたらされるような一連の流れを水の供給 が行われるモデルの一つとして提案する。特に本モデルでは惑星移動の過程において平均運動共鳴 (MMR) 中に氷微惑星を捕獲しながら移動するため、効率的に氷微惑星を運ぶことが予想される。本 研究では、このモデルによってもたらされる水の供給量について計算を行う。本研究では手法として N 体計算コードライブラリ「REBOUND」を基に Type-II 惑星移動を含め たシミュレーションコードを開発することにより、惑星移動に伴う氷微惑星の輸送を計算する。水に ついては、スノーライン以遠から運ばれる氷微惑星が原始惑星に衝突することで供給される。また、 スノーラインの内側で氷微惑星の表面から水が昇華する過程を同時に計算することによって、原始惑 星への水の供給量を計算し、水が供給された原始惑星が存在する系では惑星形成過程の計算も行う。結果として、惑星移動後まで残存した原始惑星に存在する水の量は地球の水成分の質量に換算して 約 10~44% であり、惑星形成の結果として約 1au の位置に約 0.6M⊕ の質量を持ち、地球の水成分 に換算し約 9.5% の水を持つ地球型惑星を確認することができた。また惑星移動の過程において、氷 微惑星及び水が供給された原始惑星はモデルで提唱したように MMR 中に捕獲されながら内側へ移 動し原始惑星に衝突し合体成長したことから、モデルそのものの妥当性も確認することができた。以上より、Type-II 惑星移動による水供給はハビタブル惑星に対して水が供給されるプロセスとし て有用なものであるということができる。また、他の HZ の外側に巨大ガス惑星を持つ系で本モデル を適用して計算することで、HZ 中に存在するハビタブル惑星の有無を調べることができるようにな るはずである。これにより、他の系でも同様に HZ 中にハビタブル惑星の存在を求めることができた 場合 HZ 外側に巨大ガス惑星が存在することがハビタブル惑星の指標になる可能性がある。
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