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宇宙初期における超巨大ブラックホール形成についての理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 15J03873
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 天文学
研究機関東北大学

研究代表者

杉村 和幸  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード超巨大ブラックホール / 降着円盤 / 星形成 / 非平衡化学過程
研究実績の概要

観測から銀河中心に普遍的に存在することが知られている百万太陽質量以上の超巨大ブラックホールは、強力な輻射やアウトフローにより銀河の形成・進化に大きな影響を与えた重要な天体であり、超巨大ブラックホールの形成過程を明らかにすることは現代の天文学における大きな課題の一つとなっている。本年度は超巨大ブラックホール形成シナリオの主な候補の一つである初代星シナリオに注目して研究を進めた。初代星シナリオにおいては、初代星起源の種ブラックホールが観測されているような宇宙初期の超巨大ブラックホールまでガス降着によって急成長することが想定されるが、そのような急成長が実際に起こるかが問題となっている。
昨年度の研究により、ブラックホール近傍からの輻射の非等方を考慮すると、降着流とアウトフロー領域の棲み分けが起こって高い降着率が実現する場合があることが発見された。しかし、その研究を含むこれまでの研究では降着するガスの角運動量が非常に小さい場合のみが調べられていたため、本年度の研究では、回転するガスがブラックホール降着円盤外縁に降着する過程についての軸対称2次元シミュレーションをおこない、有限の角運動量がガス降着に与える影響について調べた。
その結果、輻射の非等方性が大きな場合においても、角運動量が非常に小さくない限り降着率は大きく低下することが明らかになった。本研究で得られた高い降着率を実現するのに必要な角運動量の条件は、種ブラックホールへのガス降着率に対する角運動量の影響を考える上で基礎となる重要な結果と言える。
本研究により、銀河中のガスがブラックホールに降着する際の角運動量の持ち込みが種ブラックホールの成長にとって重要であることが示された。今後の研究では、注目するスケールを銀河スケールまで押し広げることで、今回調べたスケールと銀河スケールを統合したモデル化をおこなうことが期待される。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] メリーランド大学(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] メリーランド大学(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Bari Aldo Moro/INAF-Arcetri Astrophysical Observatory(イタリア)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Rapid Black Hole Growth under Anisotropic Radiation Feedback2017

    • 著者名/発表者名
      Sugimura, Kazuyuki; Hosokawa, Takashi; Yajima, Hidenobu; Omukai, Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 未定 号: 1 ページ: 62-79

    • DOI

      10.1093/mnras/stx769

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fates of the dense cores formed by fragmentation of filaments: do they fragment again or not?2017

    • 著者名/発表者名
      Sugimura Kazuyuki、Mizuno Yurina、Matsumoto Tomoaki、Omukai Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 469 号: 4 ページ: 4022-4033

    • DOI

      10.1093/mnras/stx1129

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dusty Gas Accretion onto Massive Black Holes and Infrared Diagnosis of the Eddington Ratio2017

    • 著者名/発表者名
      Yajima Hidenobu、Ricotti Massimo、Park KwangHo、Sugimura Kazuyuki
    • 雑誌名

      ApJ

      巻: 846 号: 1 ページ: 3-3

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa8269

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Role of the H2+ channel in the primordial star formation under strong radiation field and the critical intensity for the supermassive star formation2016

    • 著者名/発表者名
      K. Sugimura, C. M. Coppola, K. Omukai, D. Galli and F. Palla
    • 雑誌名

      MNRAS

      巻: 456 号: 1 ページ: 270-277

    • DOI

      10.1093/mnras/stv2655

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 種ブラックホールへのガス降着率に対するガスの角運動量の影響2018

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸
    • 学会等名
      超巨大ブラックホール研究推進連絡会第5回ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 種ブラックホールへのガス降着率に対するガスの角運動量の影響2018

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸
    • 学会等名
      初代星・初代銀河研究会2017@呉
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Supermassive star formation with detailed modelling of primordial-gas chemistry2017

    • 著者名/発表者名
      K. Sugimura, C. M. Coppola, K. Omukai, D. Galli, F. Palla
    • 学会等名
      Francesco's Legacy: Star Formation in Space and Time
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ブラックホール降着円盤へのガス降着率とガスの角運動量の関係2017

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸、細川隆史、矢島秀伸、稲吉恒平、大向一行
    • 学会等名
      日本天文学会2017年秋季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 種ブラックホールのガス降着成長: 非等方輻射とガスの角運動量が降着率に及ぼす影響2017

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸
    • 学会等名
      第30回 理論懇シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] フィラメント状ガス雲分裂により形成されたコアの形状進化2016

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸、水野友理那 、松本倫明、大向一行
    • 学会等名
      日本天文学会春期年会
    • 発表場所
      首都大学東京(東京都八王子市)
    • 年月日
      2016-03-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Conditions for Direct Collapse Black Hole Formation with Detailed Microphysics2016

    • 著者名/発表者名
      K. Sugimura, C. M. Coppola, K. Omukai, D. Galli, F. Palla
    • 学会等名
      First Stars V
    • 発表場所
      Heidelberg (Germany)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapidly Accreting Massive Black Holes: Feedback of Anisotropic Radiation from Accretion Disk2016

    • 著者名/発表者名
      K. Sugimura, T. Hosokawa, H. Yajima, K. Omukai
    • 学会等名
      First Stars V
    • 発表場所
      Heidelberg (Germany)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 巨大ブラックホールのガス降着進化:非等方輻射フィードバックの効果2016

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸、細川隆史、矢島秀伸、大向一行
    • 学会等名
      日本天文学会2016年秋期年会
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛・松山)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 非等方輻射フィードバックの下での初代星起源BHのガス降着進化2016

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸
    • 学会等名
      初代星・初代銀河研究会2016@金沢
    • 発表場所
      金沢歌劇座(石川・金沢)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙初期の巨大ブラックホール種形成・成長2016

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸
    • 学会等名
      超巨大ブラックホール研究推進連絡会第4回ワークショップ
    • 発表場所
      国立天文台(東京・三鷹)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] フィラメント状ガス雲分裂時のコアの形状進化2015

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸
    • 学会等名
      初代星・初代銀河研究会
    • 発表場所
      草津セミナーハウス(群馬県吾妻郡)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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