初代銀河と天の川銀河における初代星質量分布の理論的構築
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21K13960
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 16010:Astronomy-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平野 信吾 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (40772900)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 天文学 / 宇宙物理学 / 数値シミュレーション / 星形成 / 第一世代星 / 磁気流体シミュレーション / 理論天文学 / 宇宙物理 / 磁気流体 / 宇宙の大規模構造 / 超大質量ブラックホール / 初期宇宙 |
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| Outline of Research at the Start |
次世代望遠鏡の重要な観測ターゲットである初代銀河の観測可能性を議論するためには、初代銀河に含まれる初代星の星質量分布を明らかにする必要がある。本研究では、まず磁気効果と超音速相対速度流を考慮することで初代星の星形成モデルを更新する。そして大規模な宇宙論的シミュレーションより初代銀河に取り込まれる初代星形成ガス雲を調べ、星形成モデルを用いて各ガス雲で誕生する初代星の星質量を決定することで、様々な初代銀河の物理的・観測的性質を明らかにする。さらに天の川銀河へと成長する初代銀河を特定することで、最も詳細な観測が可能である近傍宇宙に見つかる初代星の痕跡を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、初代銀河を構成する初代星の物理的特徴を解明するため、数値シミュレーションを用いて初代星の形成過程を調べている。今年度は、初代星形成における(1)磁気効果と(2)初期宇宙の相対速度流の影響を調べた。
(1)これまでの研究より、様々な物理過程を組み込んだ理論モデルが構築され、標準的な初代星の形成シナリオが提示されている。一方、磁気効果の影響は考えられてきたが、初代星形成に影響を及ぼすかは未解明のままだった。我々は3次元磁気流体シミュレーションを行い、特に原始星形成後の降着段階における磁気効果について調べた。その結果、初代星形成においては通常の星形成とは異なる磁場増幅過程が出現することが分かった。この増幅によって初代星形成において磁気効果の影響は無視できないほど強くなり、初代星の星質量分布を左右する。これは初代星形成をモデル化する際に磁気効果を無視できないことを意味する。
(2)初期宇宙において、暗黒物質と通常の物質の間には相対速度差が存在し、宇宙の領域毎に異なる。暗黒物質の重力によって通常の物質が集められた領域で初代星は誕生することから、相対速度流が大きい領域ほど初代星の形成は遅れ、その星質量分布も変化することが指摘されている。今回、相対速度流による星質量分布の影響を調べるため、120モデルのパラメタサーベイシミュレーションを実施した。その結果、標準的には1つの初代星が形成するところ、宇宙全体の8.1%の領域における相対速度流の下では複数の初代星が形成することがわかった。今回調べた中では最大25の初代星が同時に形成した。
今年度は査読論文3編を発表し、国内学会6件・国際学会1件にて学会発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初代星形成過程における磁気効果を調べる3次元磁気流体コードを実装し、初期磁場強度をパラメタとした数値シミュレーションを実施した。その結果、初代星形成における磁気効果の重要性が明らかになった。この成果は査読論文として出版した(Hirano & Machida 2022)。
相対速度流の影響を調べるため、120通りの宇宙論的シミュレーションからなるサーベイシミュレーションを実施した。国立天文台CfCA XC50、京都大学基礎物理学研究所 Yukawa-21を利用し、年度内に全ての計算を完了させた。現在、計算結果の解析と論文化を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁気流体シミュレーションを用いた研究では、初代星形成における磁気効果の普遍性を調べるため、計算初期条件としている星形成ガス雲の密度速度分布の寄与を調べる。また、本研究で実装したコードを利用することで、ゼロ金属量(初代星)から低金属量の星形成過程における磁気効果を調べ、星形成一般における磁気効果の影響を明らかにする。
宇宙論的シミュレーションを用いた研究では、相対速度流が初代星星質量分布に及ぼす影響をモデル化する。パラメタシミュレーションより得られたデータを用いて初代星の形成・合体過程を解析する。
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Report
(2 results)
Research Products
(18 results)
