2020 Fiscal Year Annual Research Report
銀河シミュレーションで探る星団起源ブラックホール連星の宇宙史
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19H01933
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤井 通子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90722330)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斎藤 貴之 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40399291)
平居 悠 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (60824232)
馬場 淳一 国立天文台, JASMINEプロジェクト, 特任助教 (90569914)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 星団形成 / 分子雲 / N体シミュレーション / 流体シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、銀河中での星団形成シミュレーションを行い、得られた星団の分布と、星団進化シミュレーションから得られた、星団での連星ブラックホールの合体率を用いて、宇宙全体における星団起源の連星ブラックホール合体による重力波放出率を理論的に求めることを目的とする。本研究では、星団の星一つ一つを分解できる流体/N体シミュレーションコードの開発し、それを用いて星団形成シミュレーションを行う計画である。
本年度は、昨年度までに開発した新しい流体/N体シミュレーションコードを用いて、分子雲からの星団形成シミュレーションを行い、同様のシミュレーションを別の手法で行った結果と比較し、コードの評価を行った。その結果、本研究で開発したコードでも、別の既存の手法で行った同様のシミュレーションと同程度の星形成効率が得られることを確認した。
また、本研究の独自性である、星団の星の軌道を高精度の積分する手法が、星団の形成、進化過程に与える影響についての研究を行った。その結果、星団の星一つ一つを分解し、星の軌道を高精度に積分すると、これまでの手法で行った同様のシミュレーションでは扱えなかった高速で星団外に弾き出される大質量星が形成され、それらが形成途中にある星団の外縁部で分子ガスを電離することにより、星団内部での星形成を加速させたり、逆に減速させることがわかった。これは、今後、銀河内での星団形成効率を考える上でも、重要な要素となる。
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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
当初予定していたコード開発のうち、積分法に関わる基幹部分は検証も含めて完了した。さらに、当初の予定にはなかった数値積分法を取り入れた新しいコード（PeTar）を組み込むことに成功し、予定していたよりも大規模かつ高精度なシミュレーションを実行できるようになった。また、新規開発のコードを用いて、巨大分子雲スケールの星団形成シミュレーション、矮小銀河スケールの銀河形成シミュレーション（遠方銀河モデル）を予定通り行った。コードについての論文は、既に、投稿済みである。一方、円盤銀河モデルのシミュレーションの実行については、次年度に持ち越しとなった。また、5月と9月に予定されていた国際会議は、新型コロナ感染症拡大に伴い、2021年に延期された。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は予定通り銀河スケールのシミュレーションを行う。遠方銀河モデルについてはテスト計算が終わっており、それに基づいて、国立天文台の共同利用計算機を用いてシミュレーションを行う。銀河モデル（矮小銀河程度の質量）についても、同様にシミュレーションを進める。銀河シミュレーションの結果から、クランプ同定の手法を用いて、星団候補を同定し、重力的に束縛されているかどうかを確認して星団を検出し、星団の質量と半径を決定する。その結果を用いて、銀河の星質量あたりに形成する星団の総質量（星の何割が星団として形成するか）と、星団の質量関数を明らかにする。
その結果と宇宙の星形成史に基づき、宇宙の星団形成史を星団の質量関数を含めた形で与える。シミュレーションに基づき計算した星団形成史と星団進化シミュレーションの結果から得られた星団当たりのブラックホール連星分布とを組み合わせることで、最終的に、星団を起源とするブラックホール連星の合体頻度を理論的に求める。
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