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最遠方宇宙における超大質量ブラックホールの形成シナリオの確立

Research Project

Project/Area Number 11J00838
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Astronomy
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

稲吉 恒平  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2011 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords超大質量ブラックホール
Research Abstract

太陽の1億倍以上の質量をもつ超大質量ブラックホールが、赤方偏移が7を越えるような宇宙初期にも存在する事が観測から明らかになってきた。特に、宇宙初期の超大質量ブラックホールは短時間で形成される必要があるため、その起源に理論的に強い制限が加わる。そのような背景の下で、宇宙初期に形成される超大質量星(太陽の10万倍以上の質量を持つ星)の形成過程の解明が重要となる。
平成23,24年度に超大質量星を形成する母体となる巨大ガス雲形成(星形成の初期段階)の研究と、そのガス雲の崩壊により形成される原始星の進化・成長(星形成の後期段階}に関する研究を行ってきた。
25年度はまず原始星の進化・成長に関する研究を進めた。これまでは、原始星の質量が1000Msunまでの構造や安定性を議論していたが、さらに超大質量原始星の質量が10^5Msunを越えるところまで進化計算を行い、前年度に開発した星の安定性解析を行った。そして、超大質量星が10^5Msunを越えるところまで安定に成長することができ、宇宙初期のSMBHの種に進化することが分かった。
続いて、実際にガス雲が重力崩壊して原始星を形成するまでの過程を調べる研究に取り組んだ. この研究はこれまで行ってきた星形成の前期・後期段階を結ぶ研究になり、超巨大ブラックホール形成の理論モデルのミッシングリンクとなる最重要課題である。本研究では3次元流体シミュレーションを行い、超大質量ガス雲の重力崩壊、そして最終的に形成される原始星の性質を調べた。重力崩壊していくガスの分裂過程はガスの熱進化に強く依存するため、私は超大質量ガス雲の進化に重要な影響を与える冷却過程と化学反応を全て考慮した。結果、ガス雲の中心部は高温を保ちながら激しい分裂は起こさずに重力崩壊することが分かった。最終的には中心に原始星を形成し、その原始星は激しい降着(>1.0Msun/yr)により成長することが分かった。この原始星はこのまま質量を増加させて超大質量星に進化すると期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

交付申請書の研究目的に記載した研究を既に終えて、論文を出版することが出来たから。また、3年間で行う予定の研究を終了させ、更に新しい研究にも取り組み始めたから。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で明らかにした、超大質量ブラックホールの種としての超大質量星形成の枠組みに従って、星形成の降着期の研究を行う予定である。そしてその結果から、最終的にブラックホールになる質量を議論する。

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2014 2013 2012 2011

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] Formation of an embryo supermassive star in the first galaxy2014

    • Author(s)
      K. Inavoshi. E. Tasker & K. Omukai
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: (印刷中)(Submitted)

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Possible Indirect Confirmation of the Existence of Pop III Massive Stars by Gravitational Wave2014

    • Author(s)
      T. Kinugawa, K. Inayoshi, K. Hotokezaka. D. Nakauchi & T. Nakamura
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: (印刷中)(Submitted)

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Condition for HD cooling in first galaxies revisited : Interplay between FUV and cosmic-ray feedbacks in PoPulation III star formation2014

    • Author(s)
      D. Nakauchi, K. Inayoshi & Omukai
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: (印刷中)(Submitted)

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Formation of Primordial Supermassive Stars by Rapid Mass Accretion2013

    • Author(s)
      T. Hosokawa, H. W. YGrke, K. Inayoshi. K. Omukai & N. Yoshida
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 778 Issue: 2 Pages: 178-190

    • DOI

      10.1088/0004-637x/778/2/178

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pulsational instability of supergiant protostars: Do they grow supermassive by accret ion?2013

    • Author(s)
      K. Inayoshi. T. Hosokawa, K. Omukai
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: (印刷中)

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct diagnostics of forming massive stars: stellar pulsation and periodic variability of maser sources2013

    • Author(s)
      K. Inayoshi, K. Sugiyama, T. Hosokawa, K. Motogi, K. E. I Tanaka
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: (印刷中)

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Supemassive black hole formation by the cold accretion shocks in the first galaxies2012

    • Author(s)
      K.Inayoshi, K.Omukai
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 422 Issue: 3 Pages: 2539-2546

    • DOI

      10.1111/j.1365-2966.2012.20812.x

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of cosmic ray/X-ray ionization on supermassive black hole formation2011

    • Author(s)
      K.Inayoshi, K.Omukai
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 416 Issue: 4 Pages: 2748-2759

    • DOI

      10.1111/j.1365-2966.2011.19229.x

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 宇宙初期の超大質量星形成に乱流が与える影響2014

    • Author(s)
      稲吉恒平, Elizabeth Tasker, 大向一行
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      国際基督教大学(三鷹市)
    • Year and Date
      2014-03-22
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 初代銀河における超大質量形成の3次元シミュレーション2013

    • Author(s)
      稲吉恒平, Elizabeth Tasker, 大向一行
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      2013-09-11
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 大質量原始星の直接診断 : メーザー周期変動と原始星脈動2013

    • Author(s)
      稲吉恒平, 杉山孝一郎, 細川隆史, 元木業人, 田中圭
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      2013-09-10
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct collapseシナリオによる超巨大ブラックホールの種形成2013

    • Author(s)
      稲吉恒平, 細川隆史, 大向一行
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      埼玉大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Pulsat ionalinstability of rapidly accreting protostars during evolution toward supermassive black holes2012

    • Author(s)
      K. Inayoshi, T. Hosokawa, K. Omukai
    • Organizer
      The Low-metallicity ISM
    • Place of Presentation
      Goettingen, Germany
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Supermassive black hole formation by the cold accretion shocks in the first galaxies2012

    • Author(s)
      K. Inayoshi, K. Omukai
    • Organizer
      First Stars IV
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 高い降着率の下で進化する原始星の脈動不安定性2012

    • Author(s)
      稲吉恒平, 細川隆史, 大向一行
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      大分大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 高い降着率の下で進化する原始星の脈動不安定性2012

    • Author(s)
      稲吉恒平
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      龍谷大学
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 初代銀河形成時の冷たい降着流による超巨大ブラックホール形成2011

    • Author(s)
      稲吉恒平
    • Organizer
      国立天文学会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Supermassive black hole formation by the cold accretion shocks in the first galaxies2011

    • Author(s)
      稲吉恒平
    • Organizer
      初代星・初代銀河研究会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 初代銀河形成時の冷たい降着流衝撃波による超巨大ブラックホール形成2011

    • Author(s)
      稲吉恒平
    • Organizer
      第24回理論懇シンポジウム
    • Place of Presentation
      国立天文台
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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