2017 Fiscal Year Research-status Report
超高分解能３次元磁気流体シミュレーションによる大質量星形成過程の解明
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15K05039
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
井上 剛志 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (90531294)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 大質量星 / 適合格子計算 / 磁気流体力学 / 衝撃波 / 自己重力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
適合格子計算法(Adaptive Mesh Refinement)と呼ばれるテクニックを用いて質量が約５００太陽質量程度の現実的な乱流を伴った分子雲が衝撃波に圧縮される様子を３次元の磁気流体シミュレーションの手法で研究した。与えた分子雲の初期密度(水素分子)は約１０００個/ccであり、初期に磁場２０マイクロガウスの強度をもつ一様磁場に加えた。衝撃波の速度を10km/sに選んだ場合(この速度は近年分子雲の衝突によって大質量星形成が誘発されているとする観測的研究が示唆する値である)、過去の我々の研究成果である Inoue & Fukui (2013) 論文が発見したように、フィラメント状の高密度分子雲が多数生成された。自己重力で束縛されるような大質量フィラメントは、長時間の光分解の計算の結果、フィラメントの重心に向かって大降着率(>0.0001太陽質量/年)で崩壊することが明らかとなった。そのような崩壊する大質量フィラメントのデータを解析した結果以下のとこが明らかとなった。(i)崩壊直後の大質量フィラメントの線密度は100太陽質量/パーセク程度であり、典型的な中小質量星形成フィラメントの５枚程度大きい。(ii)磁場に貫かれた分子雲フィラメントの平衡解との比較から、得られた大質量フィラメントは主に磁場によるローレンツ力によって大質量になり得たことが明らかになった。(iii)大質量フィラメントを可能にしている強い磁場は、分子雲が衝撃波に圧縮される際の増幅が起源となっている。この成果は「Publication of Astronomical Society of Japan」に掲載予定である(Inoue et al. 2018)。
また、上記のような分子雲同士ではなく、中性水素雲同士が衝突する場合についてのMHDシミュレーションを行い、その結果をまとめた論文を現在執筆中である。
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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
適合格子計算法とよばれる最先端コードを用いて大質量星形成の再現に成功し、その結果を分析して論文にまとめ、査読付欧文誌に掲載決定することができた。また、そこで得られた知見を分子雲形成の初期段階への理解にフィードバックさせることで星形成の現場である分子雲の性質に対する研究も進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでの成果から、星形成の原材料である分子雲を衝撃波が圧縮する際に特徴的なフィラメント状構造の高密度雲が生成されることが明らかとなった。またそれが自己重力的に崩壊しだす臨界線密度は磁場強度に比例し、その磁場強度は衝撃波強度に比例することがシミュレーションデータの解析結果から強く示唆されることとなった。したがって、今後はここで得られた上記の理論的予言を確認していく必要が有る。具体的には初期の衝撃波強度や磁場強度を振ったシミュレーションを行って、重力崩壊開始時のフィラメントの臨界線密度と上記理論を比較していく。また、衝撃波圧縮でフィラメントが形成される際の特徴的な流れを観測的に可視化し、そのようなフィラメント生成流が分子雲のフィラメント形成領域に見られるかについて観測家と協力して検証を行っていく必要が有る。
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| Causes of Carryover |
国立天文台天文シミュレーションプロジェクト(CfCA)のスーパーコンピュータをメインの大規模計算機として利用したが、優先的に計算機資源を利用できるAカテゴリユーザーに採択されたため、40TBに及ぶデータストレージを無償で利用することができた。したがって、データの保存に必要なハードディスクを購入する必要がなく、資金を温存することにした。次年度以降もストレージの無償利用が可能かどうかは不透明なため、状況に応じて応じてハードディスクや解析用コンピュータを買い揃えていく。計算により出力されるデータ量は年々増加傾向にあるため、繰り越しは必要である。
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