2017 Fiscal Year Annual Research Report
高分解能数値シミュレーションで迫る初期宇宙の銀河進化メカニズム：多様性の解明へ
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17H04827
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
矢島 秀伸 筑波大学, 計算科学研究センター, 准教授 (10756357)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 銀河形成 / 輻射輸送 / ダスト / 超新星爆発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙初期における多様な銀河の進化メカニズムを明らかにするため、大規模な数値シミュレーションによる研究を行った。近年の観測により、宇宙年齢わずか約10億年に大量のダストに覆われた銀河、強いライマンアルファ輝線を放射する銀河、超巨大ブラックホールを持つ銀河などさまざまな性質の銀河が相次いで発見された。これら多様な光学特性を持つ銀河の起源を明らかにするため、さまざまな初期条件で銀河シミュレーションを行い、各進化段階における銀河内物理状態の変化、多波長輻射特性の変化を明らかにした。結果として、銀河進化の初期段階では超新星爆発の影響により、星形成史は間欠的になること、銀河円盤はすぐに破壊されてしまうことを示した。その後、銀河質量が 10の10乗太陽質量以上になると、深い重力ポテンシャルにより、フィードバックを受けたガスを銀河内に閉じ込めておくことが可能になる。これによって、星形成は間欠的なものから連続的な星形成モードに移行する事が分かった。これらの結果に加え、輻射輸送計算により、星形成とともに輻射特性も大きく変化する事がわかった。銀河進化が進むにつれ、銀河内にダストが蓄積し、銀河は赤外線で明るくなる。その後、超新星爆発によるガスアウトフローにより、銀河は再び紫外線で明るくなることが分かった。また、天の川銀河程度の大質量銀河においては、スターバースト期のサブミリ波光度が、近年アルマ望遠鏡によって発見されているサブミリ波銀河の光度を良く再現する事が分かった。これらの結果は査読付き論文として出版されている。また、国内外の多くの研究会でその成果を発表した。
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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
計算コードの改良やテスト計算をスムーズに行う事ができ、10個程度の初期条件に対して高精度銀河系シミュレーションを実行することが出来た。これまで、不明だった初期宇宙の銀河の星形成史、銀河の物理状態と輻射特性の関係について、数値シミュレーションにより直接的な方法で明らかにする事が出来た。また、それらの成果を査読付き論文、国際会議での発表を通して示した。一方、多様な銀河進化を統一的に理解するためには、銀河サンプル数はまだ十分とは言えない。今後、銀河サンプルを増やして、統計的な研究を行っていく予定である。また、一部の遠方銀河の再現と物理メカニズムの解明には成功したものの、ダストを伴う爆発的星形成銀河やクエーサーの形成についての理解は進んでいない。さまざまな初期条件や物理過程を考えたシミュレーションを実行する事で、銀河進化の統一的理解を目指していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、いくつかの銀河サンプルに関してはその形成メカニズムと輻射特性について明らかにすることが出来た。今後の計算では、より大きな銀河サンプルに対して研究を行う事で、多様な銀河進化の分岐点を決定づける物理メカニズムについて迫っていく。また、近年の広域銀河サーベイにより、原始銀河団候補として遠方銀河分布の超高密度領域が続々と発見されつつある。このような高密度領域で銀河進化はどのように進むのかについても、数値シミュレーションにより調べ、最新観測データと比較していく。具体的には一辺が500メガパーセクの計算ボックスでダークマターのみの計算を行う。その後、原始銀河団が形成される領域を見つけ、その領域にのみガス粒子を置くことで、高精度な原始銀河団形成シミュレーションを実行する。同時に、それらのメンバー銀河の輻射特性も計算し、一般領域と原始銀河団領域での銀河進化の違いについて、物理状態、観測特性の両面から研究する。
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