| Project/Area Number |
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 | Kanagawa University (2023-2024)
The University of Tokyo (2021-2022) |
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Principal Investigator |
平野 信吾 神奈川大学, 工学部, 助教 (40772900)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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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、ビッグバンから数億年後の宇宙に現れる初代星・初代銀河・巨大ブラックホールの形成過程を明らかにするため、主に数値シミュレーションを用いた数値実験を行っている。今年度は新たに、(1) 大規模N体シミュレーションを用いた初代銀河の準解析的モデルの構築, (2) 超高解像度シミュレーションによる初代星形成ハローのダークマター密度分布構造の再現, (3) 超巨大ブラックホール形成条件の探索、の3課題を進めた。ここでは(2)の成果を紹介する。
宇宙の暗黒物質が星形成ハロー中心でどのように集まるかは、重力波でその正体を探るうえで重要な鍵となる。超巨大ブラックホールの候補天体である初代星は暗黒物質からなるハローの中心で誕生するため、暗黒物質の密度分布モデルが重力波波形の予測に用いられている。しかし採用されている密度分布はより大きな銀河スケールのハローに対して調べられた関数であり、初代星が誕生するようなミニハローにおいても適用できるかは不明であった。本研究では先行研究よりも質量分解能が100倍高い計算を行い、ミニハロー内の暗黒物質密度構造が星形成段階によって変化することを確認した。星形成ガス雲が収縮する初期には角運動量で支えられたコア構造が生じ、ガス収縮に伴い再び圧縮されて密度勾配が緩いカスプへ転じる。得られた密度分布を表す近似式は、分解能を変えても再現性が高い。この暗黒物質の密度分布は、将来の観測計画への指針を与える。
今年度は査読論文5編(うち主著論文1編)を発表し、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
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究目的として掲げていた「(1) 初代星形成への磁気効果の影響」「(2) 初代星形成への相対速度流の影響」「(3) 初代銀河の初代星質量分布の構築」は一通り完了した。(1)は論文が出版済み、(2)はシリーズ論文を準備中、(3)は論文を投稿済みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）がもたらした遠方銀河・巨大ブラックホールの急速形成という新たな知見を数値シミュレーションを用いて確認していく。(1) 準解析的モデルで宇宙初期に出現し得る「早期成長銀河」をサンプリングし、(2) その中から代表例を選んで第一原理シミュレーションを実施することで、初代星・初代銀河・巨大ブラックホールの形成過程を系統的に追跡する。これまで調べていた「銀河系型」進化モデルを拡張し、遠方宇宙で支配的な成長経路を絞り込む。これにより、急速成長銀河とその中心ブラックホールがどのように環境・初期条件に依存して誕生するかを明確化し、今後の深宇宙探査に対して理論的指針を与える。
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