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2019 Fiscal Year Annual Research Report

大規模数値シミュレーションによる、初代星からはじまる宇宙初期の天体形成史の研究

Research Project

Project/Area Number 17H04828
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

石山 智明  千葉大学, 統合情報センター, 准教授 (90616426)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords宇宙物理 / 高性能計算 / ダークマター / 銀河 / 星
Outline of Annual Research Achievements

以下の研究を行い、査読付欧文論文出版などの成果を挙げた。
(1) 初代星が誕生するミニハローを分解しつつ、赤方偏移z=0での銀河ハロー形成まで追える高分解能宇宙論的N体シミュレーションを実行した。そして数十個程度の銀河ハローの合体形成史を作成した。その上で新しい準解析的初代星形成モデルを構築を進め、モデルのキャリブレーションを進めた。
(2) 2018年度に引き続き、高赤方偏移における銀河形成と、近傍宇宙で観測されている恒星ストリーム構造を比較した。恒星ストリームの統計的空間分布は、宇宙大規模構造と相関し、コズミックフィラメントからのサブハロー降着が強いハローほど、ストリームの向きとハロー長軸が揃いやすい傾向にあることがわかった。結果を投稿論文としてまとめている。
(3)恒星間天体との衝突による低質量初代星への金属汚染の効果を調べた。高解像度の宇宙論的N体シミュレーションを用いて、初代星の軌道を従来よりも精密に取り入れた。太陽近傍では、100m以上のサイズの恒星間天体との衝突は、典型的には1000年に1回程度の頻度で起こることがわかった。結果をまとめた論文が Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 誌にて出版された。
(4)初代星由来の金属が赤方偏移3の宇宙でどのように分布しているか、高解像度の宇宙論的N体シミュレーションを用いて調べた。低密度領域で重元素が銀河由来のものと比べ卓越して存在すること明らかにした。次世代望遠鏡による分光観測で、クェーサーのスペクトルを通してこれらの重元素を検出できる可能性がある。結果をまとめた論文がMonthly Notices of the Royal Astronomical Society 誌にて出版された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ベースとなるシミュレーションデータの整備が完了したのに加え、準解析的モデルの構築が進んだ。

Strategy for Future Research Activity

2020年度はモデルを拡張し、将来の観測のための理論テンプレートを整備する。具体的には、国立天文台すばる望遠鏡に搭載される予定の主焦点超広視野分光器 PFS による、銀河系の金属欠乏星の分光観測と比較するために、銀河系内に生き残った初代星の分布を調べる。モデル依存性を調べるとともに、先行研究では未解決であった、銀河系の進化過程や周囲の環境が星の分布に与える影響を明らかにする。

  • Research Products

    (21 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] アムステルダム大学(オランダ)

    • Country Name
      NETHERLANDS
    • Counterpart Institution
      アムステルダム大学
  • [Journal Article] The abundance and structure of subhaloes near the free streaming scale and their impact on indirect dark matter searches2020

    • Author(s)
      Ishiyama Tomoaki、Ando Shin’ichiro
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 492 Pages: 3662~3671

    • DOI

      10.1093/mnras/staa069

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Void Formation: Does the Void-in-Cloud Process Matter?2019

    • Author(s)
      Chan Hei Yin Jowett、Chiba Masashi、Ishiyama Tomoaki
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 490 Pages: 2405~2413

    • DOI

      10.1093/mnras/stz2786

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Statistical properties of substructures around Milky Way-sized haloes and their implications for the formation of stellar streams2019

    • Author(s)
      Morinaga Yu、Ishiyama Tomoaki、Kirihara Takanobu、Kinjo Kazuki
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 487 Pages: 2718~2729

    • DOI

      10.1093/mnras/stz1373

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of interstellar objects on metallicity of low-mass first stars formed in a cosmological model2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu、Tanikawa Ataru、Ishiyama Tomoaki
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 486 Pages: 5917~5923

    • DOI

      10.1093/mnras/stz1277

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Halo Substructure Boosts to the Signatures of Dark Matter Annihilation2019

    • Author(s)
      Ando Shin’ichiro、Ishiyama Tomoaki、Hiroshima Nagisa
    • Journal Title

      Galaxies

      Volume: 7 Pages: 68~68

    • DOI

      10.3390/galaxies7030068

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Discrimination of heavy elements originating from Pop III stars in z=3 intergalactic medium2020

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      First Stars VI
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 宇宙論的シミュレーションで探るz=3の銀河間物質における初代星起源重元素2020

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      日本天文学会 2020春季年会
  • [Presentation] A tutorial on cosmological N-body simulations databases2019

    • Author(s)
      Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      第6回銀河進化研究会
  • [Presentation] A new semi-analytic model of Pop III formation with ultralarge cosmological N-body simulations2019

    • Author(s)
      Ishiyama Tomoaki, Hirano Shingo
    • Organizer
      The 15th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大規模天体サーベイ観測に向けた模擬カタログの構築と公開2019

    • Author(s)
      Ishiyama Tomoaki, the Uchuu collaboration
    • Organizer
      日本天文学会2019年秋季年会
  • [Presentation] 高解像度宇宙論的N体シミュレーションに基づいた準解析的初代星形成モデルの開発2019

    • Author(s)
      Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      初代星・初代銀河研究会2019
  • [Presentation] Effect of interstellar objects on metallicity of low-mass first stars formed in a cosmological model2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      Subaru 20th Anniversary
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of Interstellar Objects on Metallicity of Population III Survivors Formed in a Cosmological Model2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      The 15th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of interstellar objects on metallicity of low-mass first stars formed in a cosmological model2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      第6回銀河進化研究会
  • [Presentation] First star discrimination in the metal abundance of the z=3 intergalactic medium2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      Galaxy-IGM workshop 2019
  • [Presentation] 宇宙論的シミュレーションを用いた恒星間天体の衝突による初代星の金属汚染2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      日本天文学会2019年秋季年会
  • [Presentation] First star discrimination in the metal abundance of the z=3 intergalactic medium2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      初代星・初代銀河研究会2019
  • [Presentation] 宇宙論的N体シミュレーションを用いた恒星間天体の衝突による低質量初代星の重元素汚染2019

    • Author(s)
      Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
    • Organizer
      第32回理論懇シンポジウム
  • [Presentation] Statistical properties of substructures around MW-sized halos and their implications for the formation of stellar Streams2019

    • Author(s)
      Morinaga Yu, Ishiyama Tomoaki, Kirihara Takanobu, Kinjo Kazuki
    • Organizer
      第6回銀河進化研究会
  • [Remarks] Cosmological N-body simulations databases

    • URL

      http://hpc.imit.chiba-u.jp/~ishiymtm/db.html

URL: 

Published: 2021-01-27  

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