惑星落下と惑星形成
Orbital Migration and Planet Formation
田中秀和（東工大･地惑）
･系外惑星（Hot Jupiter）の起源
“in situ formation” v.s. “orbital migration”
･惑星形成理論
in situ formation
⇒
落下効果を取り入れた global planet formation
Contents
• ３つの落下過程 (Type I, Type II, etc.)
惑星形成での役割
• Type II migration と系外惑星
Trilling et al. (1998, 2002)
• Type I migration と惑星落下問題
最新の流体数値計算結果
３つの惑星落下過程
• ガス抵抗による落下
（月質量以下の天体）
ガスの回転速度 ＜ Kepler 回転速度
落下時間 ∝ 天体半径
• Type I migration
（月質量～１０地球質量）
Density Wave からの重力
落下時間 ～ １０万年 （地球 at 1AU)
• Type II migration
（１０地球質量以上）
Type I migration
惑星がガス円盤にたてる Density Wave
by Sakai (2003 in preparation)
３つの惑星落下過程
• ガス抵抗による落下
（月質量以下の天体）
ガスの回転速度 ＜ Kepler 回転速度
落下時間 ∝ 天体半径
• Type I migration
（月質量～１０地球質量）
Density Wave からの重力
落下時間 ～ １０万年 （地球 at 1AU)
• Type II migration
（１０地球質量以上）
Gap Formation & ガス円盤降着
落下時間 ～ 円盤進化時間 （10 6－7 年）
Type I v.s. Type II
(a) 10 地球質量（ Type I ）
(b) 木星質量（ Type II ）
from Bate et al. (2002 submitted to MNRAS)
３つの惑星落下過程
• ガス抵抗による落下
（月質量以下の天体）
ガスの回転速度 ＜ Kepler 回転速度
落下時間 ∝ 天体半径
• Type I migration
（月質量～１０地球質量）
Density Wave からの重力
落下時間 ～ １０万年 （地球 at 1AU)
• Type II migration
（１０地球質量以上）
Gap Formation & ガス円盤降着
落下時間 ～ 円盤進化時間 （10 6－7 年）
３つの惑星落下過程の役割
• ガス抵抗による落下
（月質量以下の天体）
微惑星の破片を内側の惑星に供給
Inaba et al. (2002)
• Type I migration
（月質量～１０地球質量）
惑星落下問題 （形成前に落下）
• Type II migration
（１０地球質量以上）
木星型惑星の形成後に移動 ⇒ Hot Jupiter
Trilling et al. (1998, 2002)
Contents
• ３つの落下過程 (Type I, Type II, etc.)
惑星形成での役割
• Type II migration と系外惑星
Trilling et al. (1998, 2002)
• Type I migration と惑星落下問題
最新の流体数値計算結果
Type II migration と系外惑星
• Lin et al. (1996), Trilling et al. (1998)
Hot Jupiter （r < 0.1AU）の起源
⇒ Type II migration ＋ 中心星の潮汐
• Trilling et al. (2002), Armitage et al. (2002)
r < 1AU の系外惑星の起源
⇒ Type II migration の途中で円盤消失
Hot Jupiter の起源
（Trilling et al. 1998）
Type II migration と系外惑星
• Lin et al. (1996), Trilling et al. (1998)
Hot Jupiter （r < 0.1AU）の起源
⇒ Type II migration ＋ 中心星の潮汐
• Trilling et al. (2002), Armitage et al. (2002)
0.1AU < r < 1AU の系外惑星の起源
⇒ Type II migration の途中で円盤消失
Trilling et al. (2002)
系外惑星の軌道分布
0.1AU
軌道半径
1AU
10AU
1AU 以遠に未発見の惑星がある
Contents
• ３つの落下過程 (Type I, Type II, etc.)
惑星形成での役割
• Type II migration と系外惑星
Trilling et al. (1998, 2002)
• Type I migration と惑星落下問題
最新の流体数値計算結果
Density Wave の数値計算
• 惑星にかかるトルクを計算
D’Angelo et al. (2002), Bate et al. (2002)
⇒ 線形計算と一致. しかし, 惑星近傍で破綻.
• Sakai (2003)
高空間分解能, gas accretion なし
⇒ 線形計算と異なる結果. 惑星近傍が重要.
Bate et al. (2002)
Density Wave の数値計算
• 惑星にかかるトルクを計算
D’Angelo et al. (2002), Bate et al. (2002)
⇒ 線形計算と一致. しかし, 惑星近傍で破綻.
• Sakai (2003)
高空間分解能, gas accretion なし
⇒ 線形計算と異なる結果. 惑星近傍が重要.
計算結果 （Sakai 2003)
面密度一様の円盤
0.6
0.0
-0.6
3.6
5.2
6.8
惑星は外側にも移動する
惑星落下と惑星系形成 （まとめ）
１. 惑星形成理論：
“in situ formation から
global planet formation へ”
２. ３つの落下過程をとりいれる：
・ ガス抵抗による落下 △ （Inaba et al. 2002)
・ Type I migration
・ Type II migration
×
○
（効くことは確か）