初期宇宙の大質量星から生まれるブラックホールの性質の解明
| Project/Area Number |
23K20864
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| Project/Area Number (Other) |
21H01123 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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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 |
梅田 秀之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60447357)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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 |
¥14,430,000 (Direct Cost: ¥11,100,000、Indirect Cost: ¥3,330,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 巨大質量星 / 巨大質量ブラックホール / 初代星 / 超新星 / 元素合成 / 超巨大星 / 超巨大ブラックホール / 初代星形成 / 初代星進化 / 一般相対論的重力崩壊 / 大質量星の進化 / 宇宙初期のブラックホール / 初代ブラックホール / 重力波源 / 巨大ブラックホール / 大質量星進化 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は宇宙初期の大質量星から形成される2タイプのブラックホール（BH）を作る親星の形成過程、その後の恒星進化やBHへの崩壊シミュレーションを行う。それにより超巨大BHの種となる巨大星の形成頻度や、巨大BH形成が宇宙に及ぼす影響、そしてそれらの観測可能性を論じる。さらに重力波源となる連星BHの起源の解明をめざす。
まず恒星進化計算を通じ初期質量―BH質量関係の見直しを行い、親星の金属量や自転速度などへの制限を求める。
また、宇宙論的星形成シミュレーションと恒星進化計算の組み合わせにより、大質量初代星の初期質量関数を制限する。その結果を種族合成計算等に応用することにより、観測との比較を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
聖川他(2021)と谷川他(2021)の論文においては、種族合成(Population synthesis)の手法を用いて、初代星から作られる連星ブラックホールについて調べた。具体的には連星ブラックホールの合体に伴う重力波放射と、将来的に可能となるその重力波検出観測を念頭に置き、どのような質量のペアの合体がどのような頻度で起きるのかを計算した。聖川他の論文ではこれまでにあまり調べられていなかったペア不安定型超新星よりも重い星（初期質量が太陽の約300倍以上）の連星進化を調べ、典型的な質量や合体頻度を求めた。これらの結果は将来建設予定のアインシュタイン重力波望遠鏡等により検証されることが期待できる。谷川他においては、恒星の進化理論の不定性の一つであるオーバーシューティングの度合いが連星合体頻度に及ぼす影響を調べた。特にその影響はブラックホール形成が禁止されるとされているペア不安定型超新星の質量範囲(Pair instability mass gapと呼ばれる）への影響が大きく、研究者の間でしばしば仮定されているギャップ領域は必ずしも正しくないことを示した。
Nagele他(2021)の論文においては、本研究課題の主要目的の一つである超大質量星の進化について詳しく調べることの手始めとして、1万太陽質量の初代星の主系列段階から重力崩壊までの過程を一般相対論の効果を考慮した恒星進化コードと流体力学コードを用いて計算した。本研究では特に重力崩壊時におけるニュートリノ放射について注目し、その強さやスペクトルを計算し、ニュートリノ背景放射へ及ぼす影響等について議論を行った。
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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
COVID19の影響に伴い、海外に在籍する共同研究者と行う予定であった重力崩壊と爆発計算を行う多次元コードの開発には遅れが生じたが、本科研費を一部繰越しするなどして対応を行い、遅れも取り戻せてきている。本研究計画におけるそれ以外の部分については、おおむね順調に進行し、査読論文に３本結果を発表することなどもできている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も宇宙初期における超巨大星の進化を中心に研究を進める。これまでの研究により、これらの超巨大星の一部は巨大なエネルギーで超新星爆発を起こすことが明らかになってきた。そのため、今後の研究ではこれらの爆発するモデルについては、爆発によってどのように見えるのかについて明らかにし、また爆発しないものについては、その最終的な質量を決め、観測されている超巨大ブラックホールとの関連について議論を行っていく計画である。
またニュートリノ輸送の計算のできる一般相対論的な多次元シミュレーションコードの開発も進めている。それを用いて、本研究で計算した大質量星の重力崩壊、爆発現象、重力波放出や元素合成について調べていく計画である。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
