2015 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙初期における超巨大ブラックホール形成についての理論的研究
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15J03873
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
杉村 和幸 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 超巨大ブラックホール / 非平衡化学過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「研究の目的」である宇宙初期における超巨大ブラックホール形成の解明に向けて以下の研究を遂行した。
超巨大ブラックホールの標準形成シナリオの確立する上で、超巨大ブラックホールの種となる天体についての理解がほとんど進んでいないことが大きな問題である。そこで、本年度の研究では、超巨大ブラックホールの種形成シナリオとして注目されている『超大質量星起源説』について、水素分子イオン（H2+）の振動準位分布進化を考慮した始原ガス雲進化計算を用いて超大質量星（約十万太陽質量）の形成条件を調べた。
『超大質量星起源説』では、周囲から強い紫外線輻射を受けた始原ガス雲から超大質量星が形成することが鍵となるが、先行研究ではH2+の振動準位分布を局所熱平衡で近似して取り扱っていたため、紫外線照射下での熱・化学過程の取り扱いが正確でなく始原ガス雲進化も正しく記述できていない可能性があった。そこで、本研究ではH2+の振動準位分布を近似せずに直接解いて求めることで、紫外線照射下での熱・化学過程を正しく取り入れたガス雲進化計算をおこない、輻射スペクトルがソフトな場合にH2+の振動準位分布進化が重要になることを明らかにした。さらに本研究で求めた超大質量星の形成条件に基づき、現実的な初期宇宙の環境で超巨大ブラックホール種がどの程度形成するかについて考察した。
本研究は、受け入れ教員の大向氏に加えて、バーリ大学のC. M. Coppola氏、アルチェトリ天文台のD. Galli氏、F. Palla氏との共同研究であり、研究成果は「Monthly Notice for Royal Astronomical Society」にて出版された。
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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
本年度の主な成果としては、宇宙初期における超巨大ブラックホール形成についての理論的研究の一環として「超大質量星形成条件への非平衡化学過程の影響」についての研究を完成させて論文にまとめ、国際学会誌に出版したことが挙げられる。本研究は、超巨大ブラックホールの種がどのように形成したかを理解する上で重要な研究である。
また、本年度新たに、宇宙初期における超巨大ブラックホールの種形成に関連した自己重力数値流体シミュレーション、および、超巨大ブラックホールの降着進化に関連した輻射流体シミュレーションについての研究を始めた。それらの研究はまだ完成してはいないが、論文として成果を発表できる見通しが立っている。
以上より、「おおむね順調に進展している」という評価が妥当と考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に新たに始めた、宇宙初期における超巨大ブラックホールの種形成に関連した自己重力数値流体シミュレーション、および、超巨大ブラックホールの降着進化に関連した輻射流体シミュレーションについての研究をさらに推し進める予定である。上記どちらの研究についても、成果を論文として発表できる見通しが立っているため、まずはそれらの研究を完成させて論文として発表する予定である。
その後、上記の輻射流体シミュレーションに自己重力の効果を取り入れることで、より現実的な設定で超巨大ブラックホールの降着進化についてのシミュレーションをおこなうことを考えている。
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