国際研究会「Revealing Evolution of Protoplanetary Disks in the ALMA Era」開催報告／野村315

国際研究会「Revealing Evolution ofProtoplanetary Disks in the ALMA Era」
開催報告
野村 英子

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1. はじめに11 名の講師に，国内からは円盤理論・観測に加え，惑星形成理論，系外惑星探査，太陽系内物質の研究を2012 年 5 月 8 日－ 11 日に京都大学理学研究科におい行う 7 名の講師に招待講演して頂いた．また，国内外て国際研究会「Revealing Evolution of Proto-planetaryより総勢約 80 名（海外：約 30 名，国内：約 50 名）の皆Disks in the ALMA Era」が開催された．昨年 9 月よ様に御参加頂いた．

りアタカマ大型ミリ波・サブミリ波干渉計 ALMA
（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）の

2. 講演内容

部分運用が始まり，数年以内には本格運用が開始される予定である．ALMA では従来のミリ波・サブミリ（I）ポピュレーション・シンセシス・モデル（II）ダ波望遠鏡の性能をはるかに上回る高感度・高空間分解

スト進化と磁気回転不安定性（III）円盤進化における能観測が可能になり，原始惑星系円盤中のダスト・ガ中心星の影響とガス散逸（IV）円盤化学（V）惑星と円スの詳細な構造が明らかになると期待されている．具盤の相互作用の 5 つのセッションで招待講演を軸に 27

体的には，距離 150 pc 程度の近傍の星形成領域の円講演があった（表 1 にプログラムを示す）．以下にそれ盤では，ダストではおよそ 1 AU，ガスではおよそ 10ぞれのセッションにおける招待講演内容の概要を記す．

AU スケールの構造が明らかになると考えられる．一

なお，招待講演者のプレゼンテーションファイルの多※1方で，すばる望遠鏡などの地上望遠鏡やスピッツァー， くは研究会ホームページ
ハーシェル宇宙望遠鏡などにより，円盤ダスト・ガスの赤外線観測は近年急速に進展した．また，地上望遠鏡およびケプラーなどの宇宙望遠鏡による近年の系外からダウンロードできるので，詳しくはそちらを参考にして頂きたい．

2.1

ポピュレーション・シンセシス・モデル

惑星探査は，惑星系の多様性およびその統計的性質を系外惑星の統計的観測と原始惑星系円盤の物理過程も明らかにしつつあり，観測を説明し得る汎惑星形成を繋ぐ鍵としてまず，東工大の井田茂氏にポピュレー理論の構築が求められている．

ション・シンセシス・モデルの最新成果について講演

本研究会は，これらの近年の原始惑星系円盤や残骸して頂いた．講演内では，ガス惑星同士の近接散乱に円盤の観測・系外惑星探査の進展を背景に，ALMAよる長軌道長半径を持つ惑星の形成と，その軌道長半を用いた円盤ダスト・ガスの詳細観測より如何にして径・質量等の統計的性質などについてお話し頂き，ま円盤内の物理的・化学的進化，ひいては惑星形成理論た惑星の軌道進化を考える上での，円盤面密度進化とや太陽系内物質との関連について検証できるか，に焦それに影響を及ぼす磁気回転不安定性や光蒸発の重要点をあて，議論を行うことを目的として開催された．

性についても触れて頂いた．

研究会では，海外からは円盤理論・観測の研究を行う
1. 京都大学大学院理学研究科宇宙物理学教室
nomura@kusastro.kyoto-u.ac.jp■2012遊星人Vol21-3.indd315※1 http://www.kusastro.kyoto-u.ac.jp/kyoto_disk/index.html

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日本惑星科学会誌 Vol. 21, No. 3, 2012

表1： 研究会プログラム：（I）招待講演，（C）一般講演．

5月8日（火）13：30－13：50 Introduction（Hideko Nomura）（I）POPULATION SYNTHESIS
13：50－14：35 （I）Shigeru Ida“Formation of distant jupiters and its relation to disk structure”（II）DUST EVOLUTION & MRI
14：35－15：20 （I）Meredith Hughes“Dynamics of protoplanetary and debris disks: turbulence, magnetic fields, andclumps”
15：45－16：30 （I）Satoshi Okuzumi“Rapid Coagulation of Porous Dust Aggregates Outside the Snow Line”
16：30－16：50 （C）Hidekazu Tanaka“Growth of Cosmic Dust Aggregates and Reexamination of Particle
Interaction Models”
16：50－17：10 （C）Paola Pinilla“Refining dust evolution models in protoplanetary disks with ALMA”
17：10－17：30 （C）Taku Takeuchi“Evolution of the Surface Density Structure of a Protoplanetary Disk with a
Dead Zone”
17：30－18：30 poster presentation
5月9日（水）
09：00－09：45 （I）Mark Wardle“Magnetorotational instability in protoplanetary discs”
09：45－10：15 Short summary + discussion（Mark Wardle）（III）STAR-DISK INTERACTION & GAS DISPERSAL
10：45－11：30 （I）Bill Dent“GASPS - Herschel survey of FIR lines from Class II through to debris disks”
11：30－11：50 （C）Gregory Herczeg“Accretion onto Young Stars”
11：50－12：10 （C）Eiji Akiyama“Radial Density Structure of Protoplanetary Disk: Power-Law Disk Model vs.
Similarity Solution Disk Model”
13：40－14：25 （I）Gwendlyn Meeus“Proto-planetary Herbig Ae/Be discs as seen with Herschel: atomic andmolecular emission lines as tracers of the disc chemistry and physics”.
14：25－14：45 （C）Gerrit van der Plas“Warm CO gas as a tracer of the inner 50 AU of proto-planetary disks”
14：45－15：30 （I）Bun'ei Sato“Extrasolar Planets around Intermediate-Mass Stars”
16：00－16：45 （I）Uma Gorti“Dispersal of Protoplanetary Disks”
16：45－17：30 （I）Masahiro Ikoma“On the impact of protoplanetary disk properties on the accretion of superEarths' atmospheres”
17：30－18：30 poster session
5月10日（木）09：00－09：45 （I）Jonathan Williams“The Evolution of Protoplanetary Disks at Millimeter Wavelengths”
09：45－10：15 Short summary + discussion（Jonathan Williams）（IV）DISK CHEMISTRY
10：40－11：00 （C）Yuri Aikawa“From Prestellar to Protostellar Cores: Time Dependence, Deuterium
Fractionation, and Disk Formation”
11：00－11：45 （I）Charlie Qi“Molecular observations of disks with the Submillimeter Array”
11：45－12：30 （I）Edwige Chapillon“Molecular line observations of protoplanetary disks”
14：00－14：45 （I）Catherine Walsh“The Chemical Modelling of Protoplanetary Disks in the Era of ALMA”
14：45－15：30 （I）Shogo Tachibana“Clearing of the Protosolar Nebula: Constraints from meteorites, asteroids, andplanets”
15：30－16：00 Short summary + discussion（Yuri Aikawa）（V）PLANETS-DISK INTERACTION
16：20－17：05 （I）Motohide Tamura“High-Contrast Imaging Polarimetry of Protoplanetary Disks with Subaru”
17：05－17：25 （C）Nagayoshi Ohashi“New SMA and PdBI observations of the protoplanetary disk around AB
Aurigae”
5月11日（金）09：00－09：45 （I）Sean Andrews“Millimeter-wave Observations of Protoplanetary Transition Disks”
09：45－10：05 （C）Shih-Ping Lai“Probing the physical properties and morphological evolution of transition
protoplanetary disks”
10：05－10：50 （I）Takayuki Muto“Planets in Protoplanetary Disks: Theory and Observations”
11：20－11：40 （C）Andres Carmona“Understanding the gas and dust structure of protoplanetary disks: a synergyof multi-instrument observations and advanced modeling, the case of HD 135344B”
11：40－12：25 （I）Thayne Currie“Direct Imaging of Exoplanetary Systems and ALMA”
12：25－12：55 Short summary + discussion（Thayne Currie）
12：55－13：10 Concluding remarks（Bill Dent）■2012遊星人Vol21-3.indd316

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2.2

ダスト進化と磁気回転不安定性

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物理的・化学的性質の違いに関する観測的研究が最近進展している一方で，小質量星だけでなく，中質量星円盤内ダスト進化は惑星形成の第一段階であり，か周りの系外惑星探査も近年大きな成果をあげている．

つ赤外線－ミリ波・サブミリ波観測で検証が可能な過様々な照射環境下での光蒸発過程の検証は円盤ガス散程である．またダスト進化と磁気回転不安定性は互い逸過程の解明に大きく貢献し，また，中心星の違いもに密接な関係にあり，ダスト進化は円盤ガスの電離度，含めた様々な環境下での円盤進化の違いを解明するこすなわち磁気回転不安定性に影響を及ぼし，磁気回転とは，惑星系の多様性の理解にも繋がると考えられる．

不安定性起源の乱流はダスト進化に影響を及ぼす．円

ALMA/ESO の Bill Dent 氏には，ハーシェル望遠

盤ガス電離度もまた観測的検証可能な物理量であり，鏡による原始惑星系円盤ガスのサーベイプロジェクト

ダスト進化と磁気回転不安定性（乱流），観測量の包括

GASPS（Gas in Protoplanetary Systems）の 成 果 に つ的理解が惑星形成第一段階解明の鍵となるであろう．

いてお話し頂いた．様々な年齢の星団内の星への近赤カ リ フ ォ ル ニ ア 大 学 バ ー ク レ イ 校 の Meredith

外線超過付随率の観測より，原始惑星系円盤ダストのHughes 氏には，円盤内乱流の観測的検証の 1 つとして，寿命が見積もられている．GASPS は遠赤外線 [OI] 輝サブミリ波干渉計 SMA（Submillimeter Array）を用い線等を用いて同様の観測を行い，円盤ガスの寿命を求た CO 分子輝線の高感度・高速度分解能観測により，めることを目的としている．講演では，各領域におけ線幅に乱流成分を検出した研究成果についてお話し頂る円盤ガス・ダストの観測結果と，円盤ガスの寿命はいた．さらに Hughes 氏には，サブミリ波ダスト偏光ダストの寿命よりもやや短いという現時点での観測解観測より円盤内ダストの性質と磁場へ制限を与える研析結果が発表されたが，放射領域の違いも含め，今後

究 と ミ リ 波 干 渉 計 CARMA（Combined Array for

さらなる統計的解析が行われる予定である．マドリー

Research in Millimeter-wave Astronomy）による偏光

ド・アウトノマ大学の Gwendolyn Meeus 氏には，ハ観測プロジェクト TADPOL について，またミリ波干ーシェル宇宙望遠鏡 GASPS および DIGIT（Dust, Ice,渉計でみる残骸円盤はクランプ構造を持たない，といand Gas in Time）
プロジェクトによる中質量星円盤のう最新の観測成果についてお話し頂いた．名古屋大学

遠赤外線ガス・ダスト観測の最新成果について，とりの奥住聡氏には，空隙率進化を考慮したダストの成長

わけ [OI]，CO，H2O 輝線の性質について，小質量星と運動の基本的性質から，乱流円盤中で高空隙率ダス円盤との違いも含め詳しくお話し頂いた．東工大の佐トが中心星へ落下する際，エプスタイン・ストークス

藤文衛氏には，中質量星周りの系外惑星の統計的性質

抵抗則境界領域を超えて微惑星質量まで急速に成長すの最新成果について，軌道長半径や惑星保有率などにる，という最新の研究成果についてお話し頂いた．まおける小質量星周りの惑星との違いや円盤進化（散たマッコーリー大学の Mark Wardle 氏には，磁気回逸）との関連も含め，大変興味深い話をして頂いた．

転不安定性の基礎理論から，低電離率の原始惑星系円SETI の Uma Gorti 氏には，円盤ガスの光蒸発に関す盤中のオーム散逸，双極性拡散（amibipolar diffusion），る理論的研究について，可視・赤外線輝線による観測ホール効果による磁気回転不安定性の安定化に関する的検証の結果も交えてレビューして頂いた．東大の生研究まで，ホール効果の磁場の方向依存性及びダスト

駒大洋氏には，最近のケプラー系外惑星などの惑星密サイズ依存性に関する最新の研究成果も含めてお話し

度の観測結果を踏まえ，ホット・スーパー地球大気の頂いた．

形成と円盤温度やガス散逸時間への依存性などについ

2.3

円盤進化における中心星の影響とガス散逸て，大変興味深いお話しをして頂いた．またハワイ大
学 の Jonathan Williams 氏 に は， サ ブ ミ リ 波 望 遠 鏡

原始惑星系円盤ガス・ダストの主な熱源は中心星か

JCMT/SCUBA-2 などを用いたミリ波・サブミリ波ダらの輻射と考えられている．輻射によるガス加熱は，スト放射観測より若い星団内の円盤ダスト質量の年齢ガス散逸の主要機構の 1 つと考えられている光蒸発を依存性を求めた研究や，ミリ波ダスト放射と CO 同位駆動する．若い星団内においては，近傍の大質量星か体分子の輝線観測による円盤内ガス・ダスト比の多様らの照射もまた加熱源となり得る．小中質量星円盤の性を明らかにした研究の最新成果について発表して頂■2012遊星人Vol21-3.indd317

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いた．

2.4

2.5

円盤化学

惑星と円盤の相互作用

近年可視・近赤外線や（サブ）ミリ波撮像観測などにミリ波・サブミリ波における円盤からの様々な分子より円盤の詳細構造が明らかになってきており，惑星輝線は 1990 年代後半より観測され始め，最近では干との相互作用がその構造形成の一因に考えられている．

渉計の発展に伴い，観測される分子や天体の数が増え

例えば，すばる望遠鏡の系外惑星・円盤観測プロジェつつある．また，スピッツアーやハーシェル宇宙望遠

クト SEEDS（Strategic Exploration of Exoplanets and

鏡により，円盤からの赤外線分子輝線も数多くの天体

Disks with Subaru）などでの原始惑星系円盤に非軸対で観測されるようになった．ALMA により観測可能称な構造が観測されており，また，スピッツァー望遠な分子や天体の数は著しく増加し，その観測結果を用鏡による中間赤外線スペクトル観測や赤外線・（サブ）いた円盤の物理・化学構造の解明が進展すると期待さ

ミリ波撮像観測により中心に穴のあいた円盤れる．一方で近年のサンプル・リターンミッションも（transition disk: 遷移円盤）が見つかっている．一方で含め太陽系内物質に関する研究も進んでおり，高感度がか座ベータ星（β Pic）など主系列星周囲の残骸円盤の ALMA による原始惑星系円盤からの複雑な分子種の撮像観測にも惑星起源と考え得る構造が発見されての観測は，太陽系内物質に至る物質進化解明への糸口いる．高空間分解能・高感度の ALMA は，このようを探る上でも重要な役割を果たすと期待される．

な円盤の詳細構造の統計的観測を可能にすると期待さ

ハーバード・スミソニアン天体物理学センターのれている．

Charlie Qi 氏には，SMA による円盤化学サーベイプ

国立天文台の田村元秀氏には，SEEDS プロジェク

ロジェクト DISCS の最新成果である，温度トレーサ

トによる小中質量星円盤観測の最新成果について，各となる分子種，円盤内で重水素濃縮されている分子種円盤の観測結果の紹介と，ギャップ等の構造を持つ円とその半径方向の分布，中質量星円盤における CO

盤と持たない円盤の年齢依存性などに関する発表をしsnow line の観測などについて発表して頂いた．台湾て頂いた．ハーバード・スミソニアン天体物理学セン

中央研究院天文物理研究所の Edwige Chapillon 氏にターの Sean Andrews 氏には SMA による高空間分解

は，ミリ波干渉計 IRAM/PdBI による円盤化学サーベ

能サーベイ観測の最新成果から，（サブ）ミリ波遷移円

イプロジェクト CID の最新成果である低温 CCH, CN,盤は赤外線遷移円盤よりも多数存在する，という観測

HCN & CO 輝線の観測，低温領域におけるイオン・結果などを発表して頂いた．工学院大学の武藤恭之氏+トレーサーである N2H 輝線の観測，CCS その他の硫には，円盤内の密度波理論の概要と，すばる望遠鏡に黄を含む分子種や HC3N 輝線の観測，ガス / ダスト比よる円盤内スパイラル構造の観測結果およびその密度が低い中質量星円盤からの CI 輝線も含めた観測成果

波理論によるフィッティングと温度構造との関連に関について発表して頂いた．クィーンズ大学ベルファス

する最新成果を発表して頂いた．NASA Goddard のトの Catherine Walsh 氏には，円盤化学モデルについThayne Currie 氏には，系外惑星が直接撮像観測されて総括してもらい，またダスト表面からの分子の非熱た HR8799 の残骸円盤の観測より惑星質量に制限を与的脱離と詳細なダスト表面反応を考慮した，円盤内にえ る 手 法 に 関 す る 研 究， お よ び SCExAO（Subaru

おける大型有機分子生成に関する最新の成果などを発Coronagraphic Extreme AO）による系外惑星・円盤表して頂いた．北海道大学の橘省吾氏には，隕石内物観測計画と初期観測成果などについてお話し頂いた．

質から探る円盤内での酸化鉄生成条件や CAI やコンドリュール生成機構候補の 1 つとしての衝突加熱と円

2.6

ポスターセッション

盤内ガス・ダスト量との関連，またスターダストミッ

ポスターセッションでは約 30 名の発表があった．

ションによる彗星中の CAI の検出を踏まえ，彗星形円盤に関する理論的・観測的研究を行う学生による発成領域への CAI の輸送機構について，さらに，はや表が大半で，形成初期段階の円盤から惑星大気への円ぶさ 2 計画についてお話し頂いた．

盤物理の影響まで，様々な内容の研究が紹介されていた．研究会初日にショートトークの時間，2 日目にポ■2012遊星人Vol21-3.indd318

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スターセッションの時間が設けられたが，それ以外に本研究会が，系外惑星観測，円盤の多波長観測や太陽も休み時間などを利用してポスターの前で活発に議論系内物質との関連も含めた幅広い視点で惑星形成論にが行われていた．

アプローチするためのヒントとなれば幸いです．またALMA に限らず，各参加者が円盤進化および惑星形

3. まとめおよび謝辞

成論に関する研究を今後進める上で，本研究会が何らかの足掛かりになれば幸いです．

海外・国内より多くの皆さんに御参加頂き，盛況な最後になりましたが，研究会開催を支えてくれたオ研究会が開催できました．特に各セッションの後に設ーガナイザーの皆様，丁寧に講演準備をして頂いた招けた議論の時間には色々な意見を出してもらうことが待講演者の皆様，また，研究会を盛り上げて頂いた全でき，大変良かったと思います．海外と国内の研究者ての参加者の皆様に感謝致します．また本研究会は，間の交流の場を設けられたことも，研究会の成果の 1

新学術領域研究「太陽系外惑星の新機軸：地球型惑星つと思います．ALMA の本格運用を間近に控え今後へ」からの援助で開催されました．深く御礼申しあげの原始惑星系円盤・残骸円盤観測の方針を考える上で，ます．

図1： 研究会集合写真．

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