| Project/Area Number |
22KJ0157
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| Project/Area Number (Other) |
21J00153 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 16010:Astronomy-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
平居 悠 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(CPD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 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: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 銀河考古学 / 銀河系 / 衛星銀河 / 銀河の化学動力学進化 / 数値シミュレーション / 元素合成 / 初代星 / 大質量星 / 矮小銀河 / 天の川銀河 / 星形成史 / 化学進化 / 銀河形成 / 金属欠乏星 / rプロセス / 銀河進化 / 星団形成 / 星形成 / ダークマター / 元素組成 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、天の川銀河とその周囲に存在する矮小銀河の進化史を理論、観測の両面から明らかにする。特に、矮小銀河の進化史、天の川銀河への矮小銀河降着史、天の川銀河円盤の構造に着目する。まず、矮小銀河の物質分布、星形成史と元素組成の関係を示す。続いて、観測とシミュレーションデータを比較し、100億年以上前の天の川銀河形成史を明らかにする。さらに、最近の矮小銀河と天の川銀河との相互作用で生じる構造を示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主に以下の2点の研究に取り組んだ。
1. 銀河系衛星銀河の化学動力学進化
本研究では、星形成、超新星フィードバック、金属拡散を取り入れた高分解能シミュレーションを用いて、銀河系衛星銀河の星形成史や金属量分布、α元素 (Mg, Ca, Si)組成を調査した。その結果、多くの衛星銀河では、星形成が母銀河へ落下する前に停止し、超新星フィードバックにより星形成は数億年ごとに断続的に行われ、似た元素組成を持つ星のグループを形成することがわかった。さらに、すばる望遠鏡超広視野多天体分光器の擬似観測を行うと、断続的な星形成史を1000個以上の星の元素組成データから推定できる可能性が示された。
2. 単一の超新星爆発の汚染を受けた星の同定
本研究では、個々の大質量星を分解した矮小銀河形成シミュレーションを実施した。本シミュレーションを行うため、6太陽質量以上の星を個々の星と扱い、それ以外の星は、初期質量関数に従う星団として扱う星形成モデルを構築した。個々の超新星爆発は、質量や金属量などの違いにより、固有の元素組成比を持つ。このことに着目し、一つの超新星爆発のみに汚染された星（単一汚染星）を特定した。その割合と金属量の関係を調べると、金属量が低いほど高いことが示された。単一汚染星の割合は、鉄の量が太陽の10万分の1の星で11%、100分の1の星で1%であり、大部分の金属欠乏星は複数の超新星の影響を受けていることが明らかになった。
以上の研究により、銀河系および矮小銀河の星の化学動力学的性質から、銀河形成史や過去に起きた元素合成イベントをこれまでより詳細に推定できるようになった。これらの結果を2025年から開始されるすばる望遠鏡超広視野多天体分光器(PFS)の観測と比較することにより、銀河系、矮小銀河の化学動力学進化史理解の向上が期待される。
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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
本年度は、銀河系及び、矮小銀河について宇宙論的ズームインシミュレーションを行い、当初の計画通り、衛星銀河と銀河系の関係について論じることができた。銀河系については、高分解能な銀河形成シミュレーションから、銀河系衛星銀河の化学動力学進化を論じた。この結果をすばる望遠鏡(PFS)擬似観測を行い、衛星銀河で過去に起きた星形成イベントが星の元素組成にどのように反映されるのかを示すことができた。この結果は、2025年に開始されたすばる望遠鏡PFSの観測データを解釈に用いることができる。
本年度はこれに加えて、個々の大質量星を分解した矮小銀河シミュレーションを行うためのモデルを構築し、計算を実施した。これにより、個々の超新星爆発からの放出物をシミュレーションの中で追うことができるようになった。この研究では、1回の超新星爆発の影響を受けた星の割合を導出した。この結果は、金属欠乏星の観測から過去に起こった元素合成の情報を再構築する上で必要不可欠である。今後の観測計画にも影響を与える重要な結果であると考えている。
これらの研究を含め、本年度は5報の論文を出版することができた。以上の理由から、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
銀河系ハロー、円盤、矮小銀河形成のシナリオを構築する。そのために、異なる合体史を持つ銀河形成シミュレーションを実施する。これまでに実施したR-Process Allianceおよびすばる望遠鏡PFSの観測と異なる初期条件から計算した銀河形成シミュレーションを比較することにより、合体史が銀河系の化学動力学構造に与える影響を明らかにする。さらに、個々の大質量星まで分解した矮小銀河形成シミュレーションを複数の元素合成パラメータで実施する。これにより、星質量1000太陽質量以下の矮小銀河を分解できるようになり、宇宙最初期のミニハロー形成から現在までの矮小銀河形成を辿ることができる。RPAとすばる望遠鏡PFSのデータを用いることで、宇宙最初期の銀河形成の痕跡を探り、初代銀河誕生時から現在までの銀河系・矮小銀河形成を再構築する。
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