Realistic modeling of first star cluster formation
| Project/Area Number |
22K03689
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 16010:Astronomy-related
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
須佐 元 甲南大学, 理工学部, 教授 (00323262)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 初代星形成 / 星形成 / 数値シミュレーション / 連星合体 / 流体力学 |
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| Outline of Research at the Start |
ビッグバンからまもない宇宙では、人類はもちろん、星や銀河も存在していなかった。その初期の宇宙で最初に生まれる星が初代星である。初代星はこれまでの理論的研究で、少数の星の集まりとして生まれる可能性 が高いと考えられている。しかしながらその規模・星の質量などの性質については、理論モデルに改善の余地（星の合体条件、星形成が起きる母天体の乱流や磁場の影響）があり、これらを整合的に取り扱う必要がある、これらを改善したより現実的な初代星星団 (First Star Cluster)形成モデルを構築し、初代星のさまざまな性質を理論的に予言する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では現実的な初代星団（First Star Cluster）での初期質量関数や連星頻度などの物理量を導出することを目指している。初年度は当初現実的な合体条件を用いてミニハロー中のガス雲の収縮・分裂計算を行う予定であったが、まず以下のような研究を遂行した。
１）原始星合体条件の決定：現実的な合体条件を確立するためのSPHによる数値計算を行なった。その結果、合体は連星をなす２つの原始星の軌道角運動量が原始星自身の自転角運動量に移行することによって起きることを確かめ、現実的な原始星のモデルでは半径の20% 程度のオーバーラップがあるところまで接近できると合体に至ることがわかった（Kirihara+2023論文投稿中）。
２）初代星形成環境での乱流強度の理解：乱流の分裂に対する影響を考慮するために、まず収縮するガス雲で乱流がどのレベルまで発達するのかを数値的・解析的に調べた。その結果、最終的な乱流のマッハ数はガスの有効断熱指数のみで記述できることを明らかにし、ミニハロー中の星形成雲で超音速乱流が発達する明確な物理的説明を得た（Higashi, Susa, Chiaki 2022）。またSPH計算でもシア抑制機構を導入すれば、乱流の発達を十分表現できることもわかった。
３）初代星形成環境での円盤分裂の物理：合体条件は過去の研究と同一（シンク半径一定）であるが、有効断熱指数を変えた場合のガス雲の収縮・分裂計算を行い、有効断熱指数によって分裂の様子が著しく変更を受けることがわかった。またこの結果は数値的のみならず解析的にもよく理解できることが明らかとなった。これにより初代星形成環境では小星団が生まれやすいことが理論的に裏付けられた（Susa+2023 論文執筆中）。
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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
合体条件および乱流強度の定量化がようやくでき、またガス雲分裂条件も明らかになってきたので、これらをまとめて初代星団形成シミュレーションを行なっていく予定である。当初計画よりもやや準備的研究・計算に時間を使っているが、研究を遂行していく中で必要であることがわかり、また合体条件および乱流強度について比較的クリアな結論が得られているので研究は順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは投稿準備中の論文をまとめ、投稿する。次に初年度に明らかになった合体条件及び乱流強度を用いて現実的な初代星形成シミュレーションを行い、これまでの研究との比較を行う。その後磁場を含んだ計算に移行していく予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
