宇宙初期における天体形成：大規模構造から星の誕生まで

• Project/Area Number: 14J02779
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 平野 信吾 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,170,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 第一世代星 / 星形成 / 宇宙の構造形成 / 数値シミュレーション / 宇宙物理

Outline of Annual Research Achievements

第一世代星は宇宙の初期進化において重要な役割を果たすが、未だ観測されておらず理論研究が先行している。星質量は星の一生を左右する重要なパラメータであり、本研究では第一世代星の星質量を明らかにするために、標準宇宙モデルに基づく宇宙論的初期条件から星の誕生までを数値シミュレーションを用いて調べている。
前年度は多数の第一世代星を取得して系統的な解析を行うことで、形成過程と星質量の典型的な性質を示した。今年度は系統的調査を拡張するため宇宙論的初期条件の見直しを行い、前年度調べた典型的な第一世代星に対して個数は少ないけれども極めて特徴的な星形成過程を確認した。得られた成果は査読論文1報・国内学会6件・国際学会2件を通して発表している。
1. 宇宙論的初期条件は観測的制限のある始原的密度ゆらぎを再現するよう作られるが、第一世代星を形成する小規模ゆらぎは観測解像度以下であるため理論モデルによって補完されている。小スケールゆらぎモデルを変えた場合の宇宙論的初期条件からの第一世代星の形成過程を調べたところ、モデルによって第一世代星の形成時期と星質量が大きく変化した。これは将来観測される小スケールゆらぎがこれまで採用されていたモデルと異なると、宇宙初期の天体形成シナリオが書き換わる可能性を示唆する。
2. 近年、宇宙再結合期のバリオン・ダークマター間の速度差が宇宙初期の天体形成を左右する可能性が指摘された。速度差が第一世代星形成に与える影響を宇宙論的氏みゅれーションより調べた。速度差が一定以上あるとダークマターハローへのガス収縮が妨げられて星形成が遅れ、星形成ガス雲の質量が増大する。一方でジーンズ質量は小さいままであり、ガス雲は分裂して初代星からなる星団となる。また極めて大きな速度差の元ではガス雲が大質量・高温となるまで星形成が阻害され、ガス雲全体が重力不安定となって収縮して一つの大質量星となる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Early structure formation from primordial density fluctuations with a blue-tilted power spectrum (2015)
  • Author(s): Hirano, S., Zhu, N., Yoshida, N., Spergel, D., Yorke, H. W.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 814 Issue: 1 Pages: 18-25
  • DOI: 10.1088/0004-637x/814/1/18
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Primordial star formation under the influence of far ultraviolet radiation: 1540 cosmological haloes and the stellar mass distribution (2015)
  • Author(s): Hirano, S., Hosokawa, T., Yoshida, N., Omukai, K., Yorke, H. W.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: Volume 448 Issue: 1 Pages: 568-587
  • DOI: 10.1093/mnras/stv044
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Supersonic Streams Drive the Formation of Cluster of / Supermassive First Stars (2016)
  • Author(s): 平野信吾, 細川隆史, 吉田直紀
  • Organizer: 平成27年度CfCAユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 水沢VLBI観測所(岩手・奥州)
  • Year and Date: 2016-01-28
• [Presentation] 宇宙初期の天体形成におけるStreaming Velocityの影響 (2015)
  • Author(s): 平野信吾, 細川隆史, 吉田直紀
  • Organizer: 第28回理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪・豊中)
  • Year and Date: 2015-12-23
• [Presentation] 宇宙初期の天体形成におけるStreaming Velocityの影響 (2015)
  • Author(s): 平野信吾, 細川隆史, 吉田直紀
  • Organizer: 初代星・初代銀河研究会
  • Place of Presentation: 草津セミナーハウス(群馬・吾妻)
  • Year and Date: 2015-11-30
• [Presentation] Streaming Velocityによる宇宙初期の大質量ブラックホール形成 (2015)
  • Author(s): 平野信吾, 細川隆史, 吉田直紀
  • Organizer: 超巨大ブラックホール研究推進連絡会
  • Place of Presentation: 甲南大学(兵庫・神戸)
  • Year and Date: 2015-10-17
• [Presentation] Streaming Velocityによる宇宙初期の大質量ブラックホール形成 (2015)
  • Author(s): 平野信吾, 細川隆史, 吉田直紀
  • Organizer: 星形成の諸階層 -銀河から惑星まで-
  • Place of Presentation: フォレスト箱根(神奈川・足柄下)
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] Streaming Velocityによる宇宙初期の大質量ブラックホール形成 (2015)
  • Author(s): 平野信吾, 細川隆史, 吉田直紀
  • Organizer: 日本天文学会秋期年会
  • Place of Presentation: 甲南大学(兵庫・神戸)
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Effect of Various Streaming Velocities on the First Star Formation (2015)
  • Author(s): Hirano S., Yoshida N., Hosokawa T.
  • Organizer: First stars, galaxies, and black holes：Now and Then
  • Place of Presentation: フローニンゲン(オランダ)
  • Year and Date: 2015-06-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] First Star Formation with the Stream Velocity (2015)
  • Author(s): Hirano S., Yoshida N.
  • Organizer: South By High Redshift
  • Place of Presentation: オースティン(アメリカ)
  • Year and Date: 2015-04-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 再結合期におけるバリオン・ダークマターの速度差を考慮した初代星形成 (2015)
  • Author(s): 平野信吾, 吉田直紀
  • Organizer: 日本天文学会2015年春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪・豊中)
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [Presentation] 初代星形成過程の理論的研究 (2015)
  • Author(s): 平野信吾
  • Organizer: 初代星・初代銀河研究会2015
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城・仙台)
  • Year and Date: 2015-01-19 – 2015-01-21
  • Invited
• [Presentation] 始原星の質量分布: 宇宙初期における星形成の多様性 (2014)
  • Author(s): 平野信吾, 細川隆史, 吉田直紀, 梅田秀之, 大向一行, 千秋元, Yorke H. W.
  • Organizer: 第27回理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京・三鷹)
  • Year and Date: 2014-12-24 – 2014-12-26
• [Presentation] 始原的パワ－スペクトルの不定性が初代星形成に及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): 平野信吾, 吉田直紀
  • Organizer: 日本天文学会2014年秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形・山形)
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Direct Calculation of the Primordial IMF: Contribution of Population III.2DIS Stars (2014)
  • Author(s): Hirano, S., Hosokawa, T., Yoshida, N., Omukai, K. & Yorke, H. W.
  • Organizer: The physics of first star and galaxy formation
  • Place of Presentation: エジンバラ(英国)
  • Year and Date: 2014-06-10 – 2014-06-12