大規模数値シミュレーションによる、初代星からはじまる宇宙初期の天体形成史の研究

• 研究課題/領域番号: 17H04828
• 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: 千葉大学
• 研究代表者: 石山 智明 千葉大学, 統合情報センター, 准教授 (90616426)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2019年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2017年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
• キーワード: 宇宙物理 / 高性能計算 / ダークマター / 銀河 / 星

研究成果の概要

本研究は高分解能宇宙論的シミュレーションと準解析的な手法を用いて、宇宙論的な文脈における初代星や高赤方偏移銀河、銀河中心ブラックホールの形成や進化の研究を目的としている。
本研究ではまず、初代星が誕生するミニハローを分解した、世界最大空間体積の宇宙論的シミュレーションを行い、データの二次利用を可能にした。その上で準解析的モデルを構築し、高赤方偏移における銀河形成と近傍宇宙で観測される恒星ストリーム構造の比較、恒星間天体による低質量初代星への金属汚染、初代星由来の金属の観測可能性の研究などを行い、査読付欧文論文として発表した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これらの成果は高分解能宇宙論的シミュレーションに基づいている。従来は、シミュレーションの規模に限界があり、分解能と空間分布の統計の評価を両立させるのが困難であった。我々の取り組みによりそれが可能となり、宇宙初期の初代星、高赤方偏移銀河などに対して、空間分布まで含めて統計的な研究をできるようになった。本研究成果はこうした空間分布を評価できる強みを特に生かしたものである。

研究成果

• [国際共同研究] アムステルダム大学(オランダ)
• [雑誌論文] Diversity of Dark Matter Density Profiles in the Galactic Dwarf Spheroidal Satellites (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Kohei、Chiba Masashi、Ishiyama Tomoaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 904 号: 1 ページ: 45-63
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abbe0a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantifying the Effect of Field Variance on the Hα Luminosity Function with the New Numerical Galaxy Catalog (ν 2GC) (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogura Kazuyuki、Nagashima Masahiro、Shimakawa Rhythm、Hayashi Masao、Kobayashi Masakazu A. R.、Oogi Taira、Ishiyama Tomoaki、Koyama Yusei、Makiya Ryu、Okoshi Katsuya、Onodera Masato、Shirakata Hikari
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 895 号: 1 ページ: 9-9
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab8631
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Semi-analytic modelling of AGNs: autocorrelation function and halo occupation (2020)
  • 著者名/発表者名: Oogi Taira、Shirakata Hikari、Nagashima Masahiro、Nishimichi Takahiro、Kawaguchi Toshihiro、Okamoto Takashi、Ishiyama Tomoaki、Enoki Motohiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 497 号: 1 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1961
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The impact of filamentary accretion of subhaloes on the shape and orientation of haloes (2020)
  • 著者名/発表者名: Morinaga Yu、Ishiyama Tomoaki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 495 号: 1 ページ: 502-509
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1180
  • 査読あり
• [雑誌論文] The abundance and structure of subhaloes near the free streaming scale and their impact on indirect dark matter searches (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Tomoaki、Ando Shin’ichiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 492 号: 3 ページ: 3662-3671
  • DOI: 10.1093/mnras/staa069
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Void Formation: Does the Void-in-Cloud Process Matter? (2019)
  • 著者名/発表者名: Chan Hei Yin Jowett、Chiba Masashi、Ishiyama Tomoaki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 490 ページ: 2405-2413
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2786
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Statistical properties of substructures around Milky Way-sized haloes and their implications for the formation of stellar streams (2019)
  • 著者名/発表者名: Morinaga Yu、Ishiyama Tomoaki、Kirihara Takanobu、Kinjo Kazuki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 487 号: 2 ページ: 2718-2729
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1373
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of interstellar objects on metallicity of low-mass first stars formed in a cosmological model (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu、Tanikawa Ataru、Ishiyama Tomoaki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 486 号: 4 ページ: 5917-5923
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1277
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Halo Substructure Boosts to the Signatures of Dark Matter Annihilation (2019)
  • 著者名/発表者名: Ando Shin’ichiro、Ishiyama Tomoaki、Hiroshima Nagisa
  • 雑誌名: Galaxies 巻: 7 号: 3 ページ: 68-68
  • DOI: 10.3390/galaxies7030068
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The New Numerical Galaxy Catalogue (ν2GC): properties of active galactic nuclei and their host galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Shirakata, H., Okamoto, T., Kawaguchi, T., Nagashima, M., Ishiyama, T., Makiya, R., Kobayashi, M. A. R., Enoki, M., Oogi, T., Okoshi, K.
  • 雑誌名: MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY 巻: 482 号: 4 ページ: 48464873-48464873
  • DOI: 10.1093/mnras/sty2958
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acceleration of the tree method with a SIMD instruction set (2019)
  • 著者名/発表者名: Kodama Tetsushi、Ishiyama Tomoaki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 2
  • DOI: 10.1093/pasj/psy151
  • 査読あり
• [雑誌論文] SILVERRUSH. VI. A simulation of Lyα emitters in the reionization epoch and a comparison with Subaru Hyper Suprime-Cam survey early data (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue Akio K、Hasegawa Kenji、Ishiyama Tomoaki、Yajima Hidenobu、Shimizu Ikkoh、Umemura Masayuki、Konno Akira、Harikane Yuichi、Shibuya Takatoshi、Ouchi Masami、Shimasaku Kazuhiro、Ono Yoshiaki、Kusakabe Haruka、Higuchi Ryo、Lee Chien-Hsiu
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 3 ページ: 55-84
  • DOI: 10.1093/pasj/psy048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modeling evolution of dark matter substructure and annihilation boost (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshima Nagisa、Ando Shin’ichiro、Ishiyama Tomoaki
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 号: 12 ページ: 123002-123002
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.123002
  • NAID: 130007734958
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Universal Dark Halo Scaling Relation for the Dwarf Spheroidal Satellites (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Kohei、Ishiyama Tomoaki、Ogiya Go、Chiba Masashi、Inoue Shigeki、Mori Masao
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 843 号: 2 ページ: 97-97
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa74d9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ダークマターと宇宙の構造形成進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 2020年度第2回計算科学フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 大規模宇宙論的N体シミュレーション (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 富岳計算宇宙惑星・計算資源利用に関する課題内ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Discrimination of heavy elements originating from Pop III stars in z=3 intergalactic medium (2020)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: First Stars VI
  • 国際学会
• [学会発表] 宇宙論的シミュレーションで探るz=3の銀河間物質における初代星起源重元素 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 日本天文学会 2020春季年会
• [学会発表] A tutorial on cosmological N-body simulations databases (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 第6回銀河進化研究会
• [学会発表] A new semi-analytic model of Pop III formation with ultralarge cosmological N-body simulations (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Tomoaki, Hirano Shingo
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • 国際学会
• [学会発表] 大規模天体サーベイ観測に向けた模擬カタログの構築と公開 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Tomoaki, the Uchuu collaboration
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] 高解像度宇宙論的N体シミュレーションに基づいた準解析的初代星形成モデルの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 初代星・初代銀河研究会2019
• [学会発表] Effect of interstellar objects on metallicity of low-mass first stars formed in a cosmological model (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: Subaru 20th Anniversary
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Interstellar Objects on Metallicity of Population III Survivors Formed in a Cosmological Model (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of interstellar objects on metallicity of low-mass first stars formed in a cosmological model (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 第6回銀河進化研究会
• [学会発表] First star discrimination in the metal abundance of the z=3 intergalactic medium (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: Galaxy-IGM workshop 2019
• [学会発表] 宇宙論的シミュレーションを用いた恒星間天体の衝突による初代星の金属汚染 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] First star discrimination in the metal abundance of the z=3 intergalactic medium (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Kenji Hasegawa, Umemura Masayuki, Mori Masao, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 初代星・初代銀河研究会2019
• [学会発表] 宇宙論的N体シミュレーションを用いた恒星間天体の衝突による低質量初代星の重元素汚染 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kirihara Takanobu, Tanikawa Ataru, Ishiyama Tomoaki
  • 学会等名: 第32回理論懇シンポジウム
• [学会発表] Statistical properties of substructures around MW-sized halos and their implications for the formation of stellar Streams (2019)
  • 著者名/発表者名: Morinaga Yu, Ishiyama Tomoaki, Kirihara Takanobu, Kinjo Kazuki
  • 学会等名: 第6回銀河進化研究会
• [学会発表] 大規模宇宙論的シミュレーションを用いた銀河古成分の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石山智明
  • 学会等名: 2018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
• [学会発表] Acceleration of the tree method with SIMD instruction set (2018)
  • 著者名/発表者名: 児玉哲史、石山智明
  • 学会等名: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Statistical properties of substructures around MW-size halos and their implications for the formation of stellar streams (2018)
  • 著者名/発表者名: 森永優、石山智明、桐原崇亘、金城和樹
  • 学会等名: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Where are the low mass Pop III stars? (2018)
  • 著者名/発表者名: 石山智明
  • 学会等名: The life and times of the Milky Way
  • 国際学会
• [学会発表] Observability of low mass Pop III survivors in the Milky Way and dwarf galaxies (2018)
  • 著者名/発表者名: 石山智明
  • 学会等名: Stellar Archaeology as a Time Machine to the First Stars
  • 国際学会
• [学会発表] Statistical properties of substructures around MW-size halos and their implications for the formation of stellar streams (2018)
  • 著者名/発表者名: 森永優、石山智明、桐原崇亘、金城和樹
  • 学会等名: The life and times of the Milky Way
  • 国際学会
• [学会発表] Statistical properties of substructures around MW-size halos and their implications for the formation of stellar streams (2018)
  • 著者名/発表者名: 森永優、石山智明、桐原崇亘、金城和樹
  • 学会等名: Stellar Archaeology as a Time Machine to the First Stars
  • 国際学会
• [学会発表] 大規模シミュレーションを用いた銀河サブストラクチャの統計的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 森永優、石山智明、桐原崇亘、金城和樹
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] 初代星由来の銀河間物質重元素汚染 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桐原崇亘, 梅村 雅之, 長谷川 賢二, 石山 智明, 森 正夫, 鈴木 尚孝, 大内 正己
  • 学会等名: 第31回理論懇シンポジウム
• [学会発表] PFSによる銀河系内に生き残った初代星の探査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石山智明
  • 学会等名: 天文学会2018年春季年会
• [学会発表] 初代星による赤方偏移3の銀河間物質の重元素汚染 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桐原崇亘 , 梅村雅之 , 森正夫, 長谷川賢二, 石山智明, 鈴木尚孝,大 内正己
  • 学会等名: 初代星・初代銀河研究会2017@呉
• [学会発表] 銀河の中に生き残った初代星の分布 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石山智明
  • 学会等名: 天体形成論 ~過去・現在・未来~
• [学会発表] 低赤方偏移銀河間物質の観測による初代星起源金属汚染の検出可能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桐原崇亘 , 梅村雅之 , 森正夫, 長谷川賢二, 石山智明, 鈴木尚孝,大 内正己
  • 学会等名: 天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] 初代星による銀河間物質の重元素汚染 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桐原崇亘 , 梅村雅之 , 森正夫, 長谷川賢二, 石山智明, 鈴木尚孝,大 内正己
  • 学会等名: 第30回 理論懇シンポジウム
• [備考] Cosmological N-body simulations databases
  • URL: http://hpc.imit.chiba-u.jp/~ishiymtm/db.html