Binary black holes originating from star clusters in galaxy simulations

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01933
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Fujii Michiko 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90722330)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 斎藤 貴之 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40399291) ; 平居 悠 東北大学, 理学研究科, JSPS特別研究員(CPD) (60824232) ; 馬場 淳一 国立天文台, JASMINEプロジェクト, 特任助教 (90569914)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シミュレーション / ブラックホール連星 / 星団

Outline of Final Research Achievements

We aimed to understand the merger rate of binary black holes originated from star clusters in the universe. For this purpose, we have developed a new N-body/hydrodynamics code, in which we can calculate the motion of individual stars more accurately than previous studies. Using this code, we performed star-cluster formation simulations starting from molecular clouds, in which stars and star clusters form. We performed a series of simulations by changing the initial mass and density of the molecular clouds and obtained the mass function of star clusters formed in turbulent molecular clouds.

Free Research Field

天文学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

重力波が検出されるようになって以来、ブラックホール連星の合体を起源とする重力波が数多く検出されてきた。ブラックホール連星の形成過程として有力な仮説の一つが、星団内での星の力学的な相互作用である。本研究では、星団の母体となる分子雲とそこから生まれる星団の関係を明らかにしてきた。これまで盛んに行われてきた星団内でのブラックホール連星の形成率や合体率と組み合わせることで、宇宙全体でどの程度の星団起源のブラックホール連星の合体が重力波観測装置で検出されると期待されるか見積もることができる。