[論文レビュー] On the formation of planetary systems in photoevaporating transition discs

Caroline Terquem|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 40被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、X線駆動によるギャップ形成が約2 auで発生する光蒸発する遷移円盤における惑星系形成を調査している。0.1 M⊕および1 M⊕のコアが円盤内を移動する様子に注目し、低質量コアは0.5–4 auで非共鳴的で地球質量の惑星を形成するが、高質量コアはギャップの外側にとどまり、太陽系に類似した系を形成する可能性がある。低mmフラックスの遷移円盤は、熱いスーパーアースの代わりに、生命的領域に地球質量の惑星を宿す可能性が高い。

ABSTRACT

In protoplanetary discs, planetary cores must be at least 0.1 earth mass at 1 au for migration to be significant; this mass rises to 1 earth mass at 5 au. Planet formation models indicate that these cores form on million year timescales. We report here a study of the evolution of 0.1 earth mass and 1 earth mass cores, migrating from about 2 and 5 au respectively, in million year old photoevaporating discs. In such a disc, a gap opens up at around 2 au after a few million years. The inner region subsequently accrete onto the star on a smaller timescale. We find that, typically, the smallest cores form systems of non-resonant planets beyond 0.5 au with masses up to about 1.5 earth mass. In low mass discs, the same cores may evolve in situ. More massive cores form systems of a few earth masses planets. They migrate within the inner edge of the disc gap only in the most massive discs. Delivery of material to the inner parts of the disc ceases with opening of the gap. Interestingly, when the heavy cores do not migrate significantly, the type of systems that are produced resembles our solar system. This study suggests that low mm flux transition discs may not form systems of planets on short orbits but may instead harbour earth mass planets in the habitable zone.

研究の動機と目的

• 光蒸発する低mmフラックスの遷移円盤における惑星系形成の仕組みを理解すること。
• ギャップ形成を伴う進化する円盤内での0.1 M⊕および1 M⊕コアの移動と最終的な構造を調査すること。
• このような円盤が太陽系に類似した系を形成するか、それとも密に詰められた熱いスーパーアースを生成するかを特定すること。
• 円盤質量および光蒸発が惑星系構造に与える影響を評価すること。
• 低mmフラックスの遷移円盤が、生命的領域に地球質量の惑星を宿す可能性を評価すること。

提案手法

• X線駆動によるギャップ形成が約2 auで発生する光蒸発する円盤内での惑星コア移動の数値シミュレーション。
• 初期条件として、1–5 auに位置する0.1 M⊕コアと、5 auを超える位置に位置する1 M⊕コアを設定し、約1 Myr後に形成される。
• 円盤の進化には粘性降着と光蒸発を含み、表面密度が時間とともに減少する。
• コアの移動はタイプI移動を用いてモデル化され、約3 Myr後に内向きの物質流れが停止するギャップ形成が発生する。
• シミュレーションでは、コア同士の相互作用、衝突、および円盤散逸後の最終的軌道配置を追跡する。
• 得られた結果を、特にケプラー型の熱いスーパーアースと太陽系と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.1 M⊕コアは、低mmフラックスの遷移円盤内において、0.5 auを超える領域で非共鳴的惑星系を形成できるか？
• RQ2 1 M⊕コアが内側の円盤に移動するか、ギャップの外側にとどまるか、どのような円盤条件が必要か？
• RQ3 高コア形成率にもかかわらず、低mmフラックスの遷移円盤がなぜ熱いスーパーアースを生成しないのか？
• RQ4 光蒸発する円盤内で、私たちの太陽系の構造をどの程度再現できるか？
• RQ5 低mmフラックスの遷移円盤は、生命的領域に地球質量の惑星を宿すことができるか？

主な発見

• 0.1 M⊕コアは通常、0.5–4 auで最大1.5 M⊕の非共鳴的惑星系を形成し、顕著な内向き移動は見られない。
• 低質量円盤では、これらのコアが内向きに移動せず、その場で進化する可能性がある。
• 1 M⊕コアは数個の地球質量の惑星系を形成するが、最も質量の大きな円盤でのみ内側の円盤に移動する。
• 高質量コアが顕著に移動しない場合、その結果得られる系は構造的および質量分布的に太陽系に類似する。
• 低mmフラックスの遷移円盤では、ギャップ形成後に物質供給が停止するため、ギャップ形成前に巨大惑星が形成される可能性は低い。
• これらの円盤は、生命的領域に地球質量の惑星を宿すと予測され、このような系に短周期惑星が観測されない事実とも整合的である。