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大規模マルチスケールシミュレーションによる星初期質量関数の起源の探求

研究課題

研究課題/領域番号 16H05998
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 天文学
研究機関東北大学 (2020, 2022)
大阪大学 (2016-2019)

研究代表者

富田 賢吾  東北大学, 理学研究科, 准教授 (70772367)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
23,660千円 (直接経費: 18,200千円、間接経費: 5,460千円)
2019年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2018年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2017年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
キーワード星形成 / 磁気流体力学 / 数値シミュレーション / 分子雲 / 原始惑星系円盤 / 理論天文学 / 計算物理学 / シミュレーション / 計算物理 / 宇宙物理学 / 宇宙物理 / 流体
研究成果の概要

本研究では可能な限り原理的な数値シミュレーションにより星形成過程の普遍性と多様性の起源を調べた。分子雲形成過程の磁気流体計算を行い、形成される分子雲及び高密度な分子雲コアが環境要素に依らず普遍的な性質を持つことを明らかにした。これは星の初期質量関数などの普遍的性質が分子雲形成過程の段階で既に埋め込まれていることを示唆する重要な結果である。また、原始惑星系円盤形成の長時間シミュレーションを行い、原始惑星系円盤が大質量であり、星形成過程の初期から惑星形成が可能であることを示唆した。
また、本研究で必要となる多様な物理過程を含むシミュレーションコードAthena++を国際協力で開発し公開した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

星は宇宙の最も基本的な構成要素であり、その形成過程を理解することはより大きなスケールの銀河やより小さなスケールの惑星形成過程を理解するための基礎となる。本研究では星形成の初期条件である分子雲から、分子雲コア、そして形成される原始惑星系円盤に至るスケールを横断した研究を行った。そのため本研究は宇宙物理学の様々な分野に波及する大きな学術的意義がある。
また、本研究で開発した公開シミュレーションコードAthena++は多様な物理過程を含むため幅広い問題に応用可能であり、本研究に留まらない幅広い分野で実際に利用されている。

報告書

(6件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (54件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 9件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 14件、 招待講演 13件) 備考 (6件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Institute for Advanced Study/Princeton University(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Princeton University/Institute for Advanced Study/University of Virginia(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Ecole Normale Superieure de Lyon(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Princeton University/University of Virginia/University of Nevada, Las Vegas(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Ecole Normale Superieure de Lyon(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Princeton University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] プリンストン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] The Athena++ Adaptive Mesh Refinement Framework: Multigrid Solvers for Self-gravity2023

    • 著者名/発表者名
      Tomida Kengo、Stone James M.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Supplement Series

      巻: 266 号: 1 ページ: 7-7

    • DOI

      10.3847/1538-4365/acc2c0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Universal Properties of Dense Clumps in Magnetized Molecular Clouds Formed through Shock Compression of Two-phase Atomic Gases2022

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Kazunari、Tomida Kengo
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 934 号: 2 ページ: 174-174

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac75cc

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nature of Supersonic Turbulence and Density Distribution Function in the Multiphase Interstellar Medium2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Masato I. N.、Inoue Tsuyoshi、Tomida Kengo、Iwasaki Kazunari、Nakatsugawa Hiroki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 930 号: 1 ページ: 76-76

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac5a54

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Turbulent dissipation, CH<SUP>+</SUP> abundance, H<SUB>2</SUB> line luminosities, and polarization in the cold neutral medium2021

    • 著者名/発表者名
      Moseley E. R., Draine B. T., Tomida K., Stone J. M.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 500 号: 3 ページ: 3290-3308

    • DOI

      10.1093/mnras/staa3384

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bimodal Behavior and Convergence Requirement in Macroscopic Properties of the Multiphase Interstellar Medium Formed by Atomic Converging Flows2020

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Masato I. N.、Inoue Tsuyoshi、Inutsuka Shu-ichiro、Tomida Kengo、Iwasaki Kazunari、Tanaka Kei E. I.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 905 号: 2 ページ: 95-95

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abc5be

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Acceleration and escape processes of high-energy particles in turbulence inside hot accretion flows2019

    • 著者名/発表者名
      Kimura Shigeo S、Tomida Kengo、Murase Kohta
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 485 号: 1 ページ: 163-178

    • DOI

      10.1093/mnras/stz329

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Giant Protostellar Flares: Accretion-driven Accumulation and Reconnection-driven Ejection of Magnetic Flux in Protostars2019

    • 著者名/発表者名
      Takasao Shinsuke、Tomida Kengo、Iwasaki Kazunari、Suzuki Takeru K.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 878 号: 1 ページ: L10-L10

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ab22bb

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of the Hall effect in star formation, improving the angular momentum conservation2019

    • 著者名/発表者名
      Marchand P.、Tomida K.、Commercon B.、Chabrier G.
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 631 ページ: A66-A66

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201936215

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonideal MHD Simulation of HL Tau Disk: Formation of Rings2019

    • 著者名/発表者名
      Hu, X., Zhu, Z., Okuzumi, S., Bai, X.-N., Wang, L., Tomida, K., & Stone, J. M.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 885 号: 1 ページ: 36-36

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab44cb

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Disc formation in magnetized dense cores with turbulence and ambipolar diffusion2019

    • 著者名/発表者名
      Lam Ka Ho、Li Zhi-Yun、Chen Che-Yu、Tomida Kengo、Zhao Bo
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 489 号: 4 ページ: 5326-5347

    • DOI

      10.1093/mnras/stz2436

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Early Stage of Molecular Cloud Formation by Compression of Two-phase Atomic Gases2019

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki, Kazunari; Tomida, Kengo; Inoue, Tsuyoshi; Inutsuka, Shu-ichiro
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 873 号: 1 ページ: 21-27

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab02ff

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Three-dimensional Simulation of a Magnetized Accretion Disk: Fast Funnel Accretion onto a Weakly Magnetized Star2018

    • 著者名/発表者名
      Takasao Shinsuke、Tomida Kengo、Iwasaki Kazunari、Suzuki Takeru K.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 857 号: 1 ページ: 4-4

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aab5b3

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Parametric Study of the Rossby Wave Instability in a Two-dimensional Barotropic Disk. II. Nonlinear Calculations2018

    • 著者名/発表者名
      Ono Tomohiro、Muto Takayuki、Tomida Kengo、Zhu Zhaohuan
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 864 号: 1 ページ: 70-70

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aad54d

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Grand-design Spiral Arms in a Young Forming Circumstellar Disk2017

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida, Masahiro N. Machida, Takashi Hosokawa, Yuya Sakurai, Chia Hui Lin
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 835 号: 1 ページ: 11-18

    • DOI

      10.3847/2041-8213/835/1/l11

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] eDiskサーベイで得られた若い原始惑星系円盤の性質の理論的解釈2023

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾
    • 学会等名
      日本天文学会2023年春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子雲形成・進化シミュレーション:高密度クランプの重力不安定条件2022

    • 著者名/発表者名
      岩崎一成、富田賢吾
    • 学会等名
      日本天文学会2022年春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] AMRフレームワークAthena++の設計と今後の展望2021

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾
    • 学会等名
      日本天文学会2021年春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Multigrid gravity solver on AMR for Athena++2020

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾
    • 学会等名
      令和元年度 国立天文台 天文シミュレーションプロジェクト ユーザーズミーティング
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Formation and Early Evolution of Protoplanetary Disks2019

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      Workshop on Star Formation
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation and Early Evolution of Circumstellar Disks2019

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      Zooming in on Star Formation
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Global Non-ideal Magnetohydrodynamic Simulations of Protoplanetary Disks2019

    • 著者名/発表者名
      K. Tomida, K. Iwasaki, S. Takasao, S. Okuzumi, S. Mori, T. K. Suzuki
    • 学会等名
      CCS International Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MHD Simulations with Athena++: from molecular clouds to protoplanetary disks2019

    • 著者名/発表者名
      K. Tomida, J. M. Stone, K. Iwasaki, S. Takasao
    • 学会等名
      Max-Planck Princeton Plasma Center Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hands-on sessions on Athena++2019

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      Winter School on Astronomy 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Inside Athena++2019

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      Athena++ Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of Protostars and Protoplanetary Disks- theoretical aspects of Core2Disk2018

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      FROM PRESTELLAR CORES TO SOLAR NEBULAE
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of Circumstellar Disks and Non-ideal Magnetohydrodynamic Effects2018

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthetic Observations of Young Forming Circumstellar Disk2018

    • 著者名/発表者名
      K. Tomida, M. N. Machida, T. Hosokawa, Y. Sakurai, C. H. Lin
    • 学会等名
      IAU Symposium 345 Origins: From the Protosun to the First Steps of Life
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Athena++: A New MHD Simulation Code with Adaptive Mesh Refinement2018

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida, James M. Stone
    • 学会等名
      The 8th East Asian Numerical Astrophysics Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of a Full-Multigrid Gravity Solver for Athena++2018

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida, Kazunari Iwasaki, James M. Stone
    • 学会等名
      日本天文学会 2018年春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 星形成シミュレーションのこれまでとこれから(研究奨励賞受賞記念講演)2018

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾
    • 学会等名
      日本天文学会 2018年春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Formation of Protostars and Protoplanetary Disks - theoretical aspects of Core2Disk2018

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      FROM PRESTELLAR CORES TO SOLAR NEBULAE
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 若い原始惑星系円盤の大域的渦状腕の起源2017

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾、 町田正博、 細川隆史、 櫻井裕也、 Chia Hui Lin
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Grand-design Spiral Arms in a Young Forming Circumstellar Disk2017

    • 著者名/発表者名
      K, Tomida, M. N. Machida, T. Hosokawa, Y. Sakurai, C. H. Lin
    • 学会等名
      Disks, Dynamos, and Data: Confronting MHD Accretion Theory with Observations
    • 発表場所
      Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara, Santa Barbara, CA, USA
    • 年月日
      2017-02-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Athena++による磁気流体シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾、岩崎一成、高棹真介、奥住聡、James M. Stone
    • 学会等名
      ポスト「京」時代の天体形成シミュレーション研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 原始惑星系円盤の形成と初期進化2017

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾
    • 学会等名
      宇宙生命計算科学連携拠点第3回ワークショップ(招待講演)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Athena++による大規模宇宙磁気流体シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾、James M. Stone
    • 学会等名
      PLASMA2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Full-Multigrid Gravity Solver for Athena++2017

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾
    • 学会等名
      国立天文台CfCAユーザーズミーティング
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Grand-design Spiral Arms in a Young Forming Circumstellar Disk2016

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾、 町田正博、 細川隆史、 櫻井裕也、 Chia Hui Lin
    • 学会等名
      第29回 理論懇シンポジウム「重力が織りなす宇宙の諸階層」
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2016-12-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Grand-design Spiral Arms in a Young Forming Circumstellar Disk2016

    • 著者名/発表者名
      富田賢吾、 町田正博、 細川隆史、 櫻井裕也、 Chia Hui Lin
    • 学会等名
      ALMA/45m/ASTEユーザーズミーティング2016
    • 発表場所
      国立天文台
    • 年月日
      2016-12-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Toward Realistic Stellar System Formation Theories - Theory Review, from Cores to Stars and Disks2016

    • 著者名/発表者名
      Kengo Tomida
    • 学会等名
      Star Formation 2016
    • 発表場所
      University of Exeter, Exeter, UK
    • 年月日
      2016-08-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] Athena++

    • URL

      https://princetonuniversity.github.io/athena/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Athena++ 日本語サポートページ

    • URL

      https://www.astr.tohoku.ac.jp/~tomida/athena/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
  • [備考] Athena++

    • URL

      http://princetonuniversity.github.io/athena/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Athena++ 日本語サポートページ

    • URL

      http://astro-osaka.jp/tomida/athena/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] Athena++ Radiation MHD Code

    • URL

      http://princetonuniversity.github.io/athena/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Athena++ MHD code 日本語サポートページ

    • URL

      http://vega.ess.sci.osaka-u.ac.jp/~tomida/athena/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Athena++ Workshop 20192019

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2024-01-30  

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