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高分解能数値シミュレーションで迫る初期宇宙の銀河進化メカニズム:多様性の解明へ

研究課題

研究課題/領域番号 17H04827
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 天文学
研究機関筑波大学

研究代表者

矢島 秀伸  筑波大学, 計算科学研究センター, 准教授 (10756357)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワード銀河形成 / 数値シミュレーション / 輻射輸送 / ダスト / 大規模構造 / 超新星爆発 / 理論天文学 / 宇宙物理
研究成果の概要

近年の観測によって、初期宇宙においてさまざまな性質の銀河が観測された。この銀河の多様性の起源を探るべく、高精度な宇宙論的流体計算、そして多波長輻射輸送計算を実行した。結果として、初期宇宙の銀河は超新星爆発の影響によって、星形成が間欠的に起こり、銀河内のガスやダストの分布も大きく変化することが分かった。これに伴い、銀河の観測特性はライマンブレイク銀河、サブミリ波銀河と短時間で変化していくことが分かった。したがって、星からのフィードバックの影響が、銀河の観測的多様性の要因の一つである事を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、すばる望遠鏡、アルマ望遠鏡などによる最新の銀河観測データを理論的に説明するため、大規模な数値シミュレーションにより銀河形成の研究を行った。その際、ズームイン法などの最新の技法を使用する事で、宇宙大規模構造から銀河の形態、そして星間ガスの星形成雲までを同時に分解し、階層間の異なる物理現象を明らかにしながら銀河形成過程の研究を行った。そして、輻射輸送計算により銀河の輻射特性をモデル化し、観測を理論的に説明する事に成功した。このように、スーパーコンピュータと最新の計算技術を駆使することで、観測データと直接比較出来る理論モデルの構築に成功した点は学術的に意義がある。

報告書

(5件)
  • 2021 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
  • 研究成果

    (57件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (21件) (うち国際共著 11件、 査読あり 21件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 9件、 招待講演 12件)

  • [国際共同研究] エディンバラ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] カナリア天体物理研究所(スペイン)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] エディンバラ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ペンシルベニア州立大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] The Royal Observatory, Edinburgh(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] TRINITY: A three-dimensional time-dependent radiative transfer code for in-vivo near-infrared imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Yajima Hidenobu、Abe Makito、Umemura Masayuki、Takamizu Yuichi、Hoshi Yoko
    • 雑誌名

      Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer

      巻: 277 ページ: 107948-107948

    • DOI

      10.1016/j.jqsrt.2021.107948

    • 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] FOREVER22: galaxy formation in protocluster regions2021

    • 著者名/発表者名
      Yajima Hidenobu、Abe Makito、Khochfar Sadegh、Nagamine Kentaro、Inoue Akio K、Kodama Tadayuki、Arata Shohei、Dalla-Vecchia Claudio、Fukushima Hajime、Hashimoto Takuya、Kashikawa Nobunari、Kubo Mariko、Li Yuexing、Matsuda Yuichi、Mawatari Ken、Ouchi Masami、Umehata Hideki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 509 号: 3 ページ: 4037-4057

    • DOI

      10.1093/mnras/stab3092

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Formation of the first galaxies in the aftermath of the first supernovae2021

    • 著者名/発表者名
      Abe Makito、Yajima Hidenobu、Khochfar Sadegh、Dalla Vecchia Claudio、Omukai Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 508 号: 3 ページ: 3226-3238

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2637

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Radiation hydrodynamics simulations of massive star cluster formation in giant molecular clouds2021

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hajime、Yajima Hidenobu
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 506 号: 4 ページ: 5512-5539

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2099

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Instability analysis for spiral arms of local galaxies: M51, NGC 3627, and NGC 6282021

    • 著者名/発表者名
      Inoue Shigeki、Takagi Toshinobu、Miyazaki Atsushi、Cooper Erin Mentuch、Egusa Fumi、Yajima Hidenobu
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 506 号: 1 ページ: 84-97

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1729

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hoyle-Lyttleton accretion on to black hole accretion disks with super-Eddington luminosity for dusty gas2021

    • 著者名/発表者名
      Ogata Erika、Ohsuga Ken、Yajima Hidenobu
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 73 号: 4 ページ: 929-942

    • DOI

      10.1093/pasj/psab055

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Star cluster formation and cloud dispersal by radiative feedback: dependence on metallicity and compactness2020

    • 著者名/発表者名
      Fukushima, H., Yajima, H., Sugimura, K., Hosokawa, T., Omukai, K., & Matsumoto, T.
    • 雑誌名

      MNRAS

      巻: 497 号: 3 ページ: 3830-3845

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2062

    • 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] Starbursting [OIII] emitters and quiescent [CII] emitters in the reionization era2020

    • 著者名/発表者名
      Arata Shohei、Yajima Hidenobu、Nagamine Kentaro、Abe Makito、Khochfar Sadegh
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 498 号: 4 ページ: 5541-5556

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2809

    • 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 CO universe: modelling CO emission and H2 abundance in cosmological galaxy formation simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Inoue Shigeki、Yoshida Naoki、Yajima Hidenobu
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 498 号: 4 ページ: 5960-5971

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2744

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiative properties of the first galaxies: rapid transition between UV and infrared bright phases2019

    • 著者名/発表者名
      Arata Shohei、Yajima Hidenobu、Nagamine Kentaro、Li Yuexing、Khochfar Sadegh
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 488 号: 2 ページ: 2629-2643

    • DOI

      10.1093/mnras/stz1887

    • NAID

      120007127807

    • 関連する報告書
      2019 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] Gas clump formation via thermal instability in high-redshift dwarf galaxy mergers2018

    • 著者名/発表者名
      Arata Shohei、Yajima Hidenobu、Nagamine Kentaro
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 475 号: 3 ページ: 4252-4262

    • DOI

      10.1093/mnras/sty122

    • 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
  • [雑誌論文] Modelling of Lyman-alpha emitting galaxies and ionized bubbles at the epoch of reionization2018

    • 著者名/発表者名
      Yajima Hidenobu、Sugimura Kazuyuki、Hasegawa Kenji
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 477 号: 4 ページ: 5406-5421

    • DOI

      10.1093/mnras/sty997

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of globular cluster formation in metal-poor gas clouds by Lyman α radiation feedback2018

    • 著者名/発表者名
      Abe Makito、Yajima Hidenobu
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

      巻: 475 号: 1 ページ: L130-L134

    • DOI

      10.1093/mnrasl/sly018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] seurat: SPH scheme extended with ultraviolet line radiative transfer2018

    • 著者名/発表者名
      Abe Makito、Suzuki Hiroyuki、Hasegawa Kenji、Semelin Benoit、Yajima Hidenobu、Umemura Masayuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 476 号: 2 ページ: 2664-2673

    • DOI

      10.1093/mnras/sty233

    • NAID

      120007134125

    • 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] Condition for dust evacuation from the first galaxies2018

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hajime , Yajima Hidenobu , Omukai Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 477 号: 1 ページ: 10711085-10711085

    • DOI

      10.1093/mnras/sty799

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stunted accretion growth of black holes by combined effect of the flow angular momentum and radiation feedback2018

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

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 478 号: 3 ページ: 39613975-39613975

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1298

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detectability of the 21-cm signal during the epoch of reionization with 21-cm Lyman α emitter cross-correlation I2018

    • 著者名/発表者名
      Kubota Kenji、Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro、Hasegawa Kenji、Yajima Hidenobu、Ouchi Masami、Pindor B、Webster R L
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 479 号: 2 ページ: 2754-2766

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1471

    • 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] Stellar mass dependence of the 21-cm signal around the first star and its impact on the global signal2018

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Toshiyuki、Hasegawa Kenji、Yajima Hidenobu、Kobayashi Masato I N、Sugiyama Naoshi
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 480 号: 2 ページ: 1925-1937

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1967

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of First Galaxies: Impacts of Star Formation and Stellar Feedback2017

    • 著者名/発表者名
      Yajima Hidenobu、Nagamine Kentaro、Zhu Qirong、Khochfar Sadegh、Vecchia Claudio Dalla
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 846 号: 1 ページ: 30-43

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa82b5

    • 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] 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] 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
  • [学会発表] Multi-wavelength properties of high-redshift galaxies in cosmological simulations2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      France-Japan international research network NECO tele talk session
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cosmological simulations of massive galaxies in protocluster regions2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      Sino-French workshop on confronting simulations with observations of high-redshift galaxies and clusters
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生体光イメージングに向けた大規模輻射輸送計算コードの開発2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 初期宇宙の銀河形成:フィードバックと金属分布について2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      金属欠乏宇宙2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 初期宇宙の銀河の活発な星形成:その内的要因と外的要因2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      銀河と星形成2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高精度輻射輸送計算と機械学習の融合による近赤外光トモグラフィ: 現状とこれから2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      計算メディカルサイエンスワークショプ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 原始銀河団におけるマルチスケール多重AGN2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      多重AGNワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Cosmological simulations of first galaxies and first star clusters2020

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      Gravitational wave physics and astronomy: Genesis, Area workshop 2020 Winter
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Formation of dusty starburst galaxies in cosmological simulations with radiative transfer2020

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      ALMA workshop: The blind search for hidden galaxies in an abundant line of sight
    • 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] 原始銀河団領域における巨大ブラックホール形成2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 数値シミュレーションで探る宇宙再電離期の銀河、原始銀河団、クエーサー2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      SKA-Japan シンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 数値シミュレーションで探る大域的輝線マップと銀河形成の関係2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      面分光研究会2019-新面分光装置で花開く新しいサイエンス-
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 原始銀河団領域における銀河と巨大ブラックホールの形成2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      初代星・初代銀河研究会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Cosmological simulations of galaxy formation at the epoch of reionization2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      国立天文台科学研究部研究会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 銀河形成研究(理論)のレビュー2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      銀河銀河間ガス研究会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cosmological simulations of galaxy formation in protocluster regions2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      FAPESP-Japan workshop
    • 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] 宇宙再電離期の原始銀河団形成2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      銀河進化と遠方宇宙
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 初期宇宙におけるサブミリ波銀河と超巨大ブラックホールの共進化2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      呉AGN研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cosmological simulations of first galaxy formation: Impacts of population III stars2019

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      Gravitational Wave Physics and Astronomy : Genesis The Second Annual Area Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cosmological simulations of dusty galaxy formation in protocluster regions2018

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      East Asia ALMA Science Workshop
    • 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] Panchromatic study of the first galaxiesin cosmological simulations2018

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      IAU Symposium 341, PanModel 2018: Challenges in Panchromatic Galaxy Modelling with Next Generation Facilities
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高密度領域で形成される初代銀河からのライマンアルファ輝線放射2018

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      日本天文学会秋期年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 大規模数値シミュレーションで探る吸収線系と銀河進化2018

    • 著者名/発表者名
      Hidenobu Yajima
    • 学会等名
      Cosmic Shadow 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Formation of Lyman-alpha emitting galaxies in overdense regions at the epoch of reionization2018

    • 著者名/発表者名
      矢島秀伸
    • 学会等名
      Tokyo Spring Cosmic Lyman-Alpha Workshop
    • 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] 原始銀河団における銀河進化と星形成史2018

    • 著者名/発表者名
      矢島秀伸
    • 学会等名
      天文学会春期年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙初期のダストに覆われた星形成銀河2018

    • 著者名/発表者名
      矢島秀伸
    • 学会等名
      初代星初代銀河研究会2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Formation of protocluster regions in cosmological simulations2017

    • 著者名/発表者名
      矢島秀伸
    • 学会等名
      J-G workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 再電離期の星・銀河形成、LAE電離バブルのモデル2017

    • 著者名/発表者名
      矢島秀伸
    • 学会等名
      MWA workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ダストに覆われた巨大ブラックホールの成長過程2017

    • 著者名/発表者名
      杉村和幸
    • 学会等名
      天文学会秋期年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 銀河形成シミュレーションにおけるガス・星形成・フィードバックの物理2017

    • 著者名/発表者名
      矢島秀伸
    • 学会等名
      第4回銀河進化研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-01-30  

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