自転・磁場をとりいれた原始星の降着進化シミュレーション

• Project/Area Number: 18J01296
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 平野 信吾 九州大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 宇宙物理 / 数値シミュレーション / 星形成 / 磁気流体 / 初期宇宙

Outline of Annual Research Achievements

第一世代星の形成過程における磁場の役割は、初期宇宙には極めて微弱な磁場しか存在しないため、影響を及ぼさないと無視されていた。近年、第一世代星の形成過程における磁場の増幅機構が指摘されており、十分な強さへと増幅された磁場は星形成ガス雲の角運動量輸送過程に影響することで、最終的に形成される第一世代星の質量・個数に変化させるという示唆がある。
第一世代星の形成過程において増幅された磁場が星形成に及ぼす影響を調べるため、これまで調べられていなかった星形成降着段階を磁気流体シミュレーションにより調べた。今回は(1)通常の第一世代星の形成ガス雲、(2)超大質量第一世代星形成ガス雲、(3)大質量第二世代星形成ガス雲の3種類の星形成ガス雲を初期条件として設定した。シミュレーションの結果、宇宙初期の微弱な初期磁場は、星形成の早い段階で急激に増幅することが確認された。この強磁場はガス雲から角運動量を抜き取ることによって、原始星へのガス降着効率を高める。今回調べた3種類の星形成環境において、磁場が星形成過程において重要な役割を果たすことが確認できた。
本研究成果の一部は既に論文にまとめて学会誌(The Astrophysical Journal)に投稿しており、現在査読中である。残りの結果の論文化作業は現在進めている。
今年度は3本の論文を査読誌で発表した。論文[1]は前年度の研究内容をまとめたものである。論文[2-3]は本研究と関連した、宇宙論的シミュレーションの初期条件の生成手続きについて調べたものである。また国内6件・国外3件の研究発表を行った。その中でも、国内発表[3,5]・国外発表[1-3]において今年度の研究成果を報告した。さらに、前年度に受賞した研究内容の説明記事が、一般誌に掲載された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Large-scale Variation in Reionization History Caused by Baryon-Dark Matter Streaming Velocity (2021)
  • Author(s): Park Hyunbae、Shapiro Paul R.、Ahn Kyungjin、Yoshida Naoki、Hirano Shingo
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 908 Issue: 1 Pages: 96-107
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd7f4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Effect of Misalignment between the Rotation Axis and Magnetic Field on the Circumstellar Disk (2020)
  • Author(s): Hirano Shingo、Tsukamoto Yusuke、Basu Shantanu、Machida Masahiro N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 898 Issue: 2 Pages: 118-118
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9f9d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First Structure Formation under the Influence of Gas-Dark Matter Streaming Velocity and Density: Impact of the “Baryons Trace Dark Matter” Approximation (2020)
  • Author(s): Park Hyunbae、Ahn Kyungjin、Yoshida Naoki、Hirano Shingo
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 900 Issue: 1 Pages: 30-30
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aba26e
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Misalignment of magnetic fields, outflows, and discs in star-forming clouds (2020)
  • Author(s): Machida, Masahiro N.; Hirano, Shingo; Kitta, Hideyuki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 491 Pages: 2180-2197
  • DOI: 10.1093/mnras/stz3159
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Birth of a Massive First-star Binary (2020)
  • Author(s): Sugimura Kazuyuki、Matsumoto Tomoaki、Hosokawa Takashi、Hirano Shingo、Omukai Kazuyuki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 892 Issue: 1 Pages: L14-L14
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab7d37
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Origin of misalignments: protostellar jet, outflow, circumstellar disc, and magnetic field (2019)
  • Author(s): Hirano, Shingo; Machida, Masahiro N.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 485 Issue: 4 Pages: 4667-4674
  • DOI: 10.1093/mnras/stz740
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Baryon-dark matter scattering and first star formation (2018)
  • Author(s): Hirano Shingo、Bromm Volker
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters Volume: 480 Issue: 1 Pages: L85-L89
  • DOI: 10.1093/mnrasl/sly132
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Minimum star-forming halo mass in axion cosmology (2018)
  • Author(s): Sullivan James M、Hirano Shingo、Bromm Volker
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters Volume: 481 Issue: 1 Pages: L69-L73
  • DOI: 10.1093/mnrasl/sly164
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 宇宙論的シミュレーションに基づく初代星形成 (2021)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: 令和2年度 国立天文台 CfCA ユーザーズミーティング
  • Invited
• [Presentation] Supermassive Star Formation in Magnetized Atomic-cooling Gas Cloud (2021)
  • Author(s): 平野信吾, 町田正博, Shantanu Basu
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] 超音速ガス流による初代星形成過程の系統的調査 (2021)
  • Author(s): 沈有程, 平野信吾, 梅田秀之
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] 初代星レビュー (2020)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: 初代星初代銀河研究会2020
  • Invited
• [Presentation] 若い原始星における星周円盤・アウトフローの理論的再現 (2020)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: 分子雲から原始星誕生までを追う～新時代の星形成モデル構築に向けて～
• [Presentation] Supermassive Star Formation in Magnetized Atomic-cooling Gas Cloud (2020)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: 第33回理論懇シンポジウム「理論天文学・宇宙物理学のブレイクスルー」
• [Presentation] Magnetic effect on the direct collapse gas cloud (2020)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: Virtual Annual Meeting of the German Astronomical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic effect on the direct collapse gas cloud (2020)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: SAZERAC presents: The First Stars
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Supermassive Star Formation in Magnetized Atomic-cooling Gas Cloud (2020)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: Quasars During Reionisation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation of First Stars with Various Masses (2020)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: First Star VI
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Pop III star formation and first binaries (2019)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: The Radiating Universe in the Era of Multi-Messenger Astrophysics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Building-up Pop III IMF in the Milky Way-like galaxies (2019)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: The 15th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies
• [Presentation] Building-up Pop III IMF in the Milky Way-like galaxies (2019)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: CEMP Stars as Probes of First-Star Nucleosynthesis, the IMF, and Galactic Assembly
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Environmental dependence of the first star formation (2019)
  • Author(s): Hirano Shingo
  • Organizer: Cosmological challenges to dark matter, dark energy and galaxy formation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 星周円盤進化における磁気効果：ガス雲回転方向への依存性 (2019)
  • Author(s): 平野信吾、町田正博
  • Organizer: 日本天文学会2019年春期年会
• [Presentation] Formation of magnetic field structure, disc, and outflows during the protostellar accretion phase (2019)
  • Author(s): Hirano Shingo、Machida N. Masahiro
  • Organizer: Polarimetry in the ALMA era: a new crossroads of astrophysics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Formation of massive first stars with ten to one million solar-masses (2018)
  • Author(s): Hirano Shingo
  • Organizer: Frontiers of the Physics of Massive Stars - from the Main Sequence to LIGO
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 原始星形成期におけるアウトフロー・ジェット・降着円盤・磁場の軸ずれ (2018)
  • Author(s): 平野信吾、町田正博
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋期年会
• [Presentation] Baryon-dark matter scattering and first star formation (2018)
  • Author(s): Hirano Shingo、Bromm Volker
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋期年会
• [Presentation] Simulating the formation of the first stars (2018)
  • Author(s): Hirano Shingo
  • Organizer: Stellar Archaeology as a Time Machine to the First Star
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原始星星周円盤の形成・成長におけるガス雲回転軸の依存性 (2018)
  • Author(s): 平野信吾、町田正博
  • Organizer: 第31回 理論懇シンポジウム「宇宙物理の標準理論：未来へ向けての再考」
• [Remarks] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/shirano
• [Remarks] 研究者webページ
  • URL: https://sites.google.com/view/shingohirano/japanese
• [Remarks] 研究者webページ
  • URL: https://jupiter.geo.kyushu-u.ac.jp/hirano/