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星形成から重力波放出までをつなぐ星団進化の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19F19317
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分16010:天文学関連
研究機関東京大学

研究代表者

藤井 通子  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90722330)

研究分担者 WANG LONG  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
Wang Long  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-11-08 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2021年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
キーワード星団 / ブラックホール連星 / N体シミュレーション / star cluster / N-body simulation / binary black hole / gravitational wave / numerical simulations / stellar dynamics / star formation / binary stars / stellar multiplicity
研究開始時の研究の概要

Gravitational waves (GW) detection is a new channel of observing black hole (BH) and neutron star (NS), which are difficult to detect by using traditional telescopes. Thus, GW provides a unique way to study BHs/NSs. In this research, a series of large N-body simulations of star clusters, where GW progenitors can efficiently form, will be carried out to study correlations between star formation, stellar dynamics and properties of GW progenitors. Using the result, we make predictions of the characteristics of GW events, such as the mass of the progenitors, event rate and more detailed features.

研究実績の概要

We have developed a new N-body code, PeTar. Comparing the previous fastest code, the new code has several significant advantages: 1, For more than 100,000 stars, the performance of the code is much faster; 2. Using the slow-down algorithmic regularization method, it can handle 100 % binary fraction; 3. It has a well-designed user interface with rich data analysis tools; 4. It is modularized, and thus, including new functions from other codes.
By including updated stellar evolution code, BSE, we have investigated how the top-heavy IMF affects the event rate of GWs, we found that GCs with a top-heavy IMF is not efficient to produce GW mergers due to a low density after a strong expansion because of massive stellar wind mass loss. We also found the mass ratio distribution of BBHs is also different from that of GCs with the canonical IMF.
We have also carried out the first N-body models of intermediate massive star clusters with up to 100% binary fractions. We found that only massive primordial binaries can affect the long-term evolution of star clusters, but the effect is weak. This suggests that we can ignore low-mass binaries in the numerical modelling of GCs if we only care about the GW events.
By including PeTar in the hydrodynamical code, ASURA+BRIDGE, we studied how the OB binary affect the star formation of Orion nebular star clusters (ONC). We found the ejection of OB stars significantly affect the HII region in star-forming region, and thus, the binary dynamics affect the formation of multiple stellar population in ONC.

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (11件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 4件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Padova(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Nicolaus Copernicus Astronomical Center(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] The SPODYR Group/Charles University/GRANTECAN(チェコ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] MPA/Astronomisches Rechen-Institut/Heidelberg University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] NCAC(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Columbia University/Princeton University(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Nicolaus Copernicus Astronomical Center(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Lund University(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Leiden University(オランダ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Bonn Univesity/MPA, Garching(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Observatory of Astronomy in Padova(イタリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] SIRIUS project. III. Star-by-star simulations of star cluster formation using a direct <i> <b>N</b> </i>-body integrator with stellar feedback2021

    • 著者名/発表者名
      Fujii Michiko S、Saitoh Takayuki R、Hirai Yutaka、Wang Long
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 73 号: 4 ページ: 1074-1099

    • DOI

      10.1093/pasj/psab061

    • 関連する報告書
      2021 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] SIRIUS project. II. A new tree-direct hybrid code for smoothed particle hydrodynamics/<i>N</i>-body simulations of star clusters2021

    • 著者名/発表者名
      Fujii Michiko S、Saitoh Takayuki R、Wang Long、Hirai Yutaka
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 73 号: 4 ページ: 1057-1073

    • DOI

      10.1093/pasj/psab037

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of initial mass functions on the dynamical channel of gravitational wave sources2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Long、Fujii Michiko S、Tanikawa Ataru
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 504 号: 4 ページ: 5778-5787

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1157

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A slow-down time-transformed symplectic integrator for solving the few-body problem2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Long、Nitadori Keigo、Makino Junichiro
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 493 号: 3 ページ: 3398-3411

    • DOI

      10.1093/mnras/staa480

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] petar: a high-performance N-body code for modelling massive collisional stellar systems2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Long、Iwasawa Masaki、Nitadori Keigo、Makino Junichiro
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 497 号: 1 ページ: 536-555

    • DOI

      10.1093/mnras/staa1915

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Very high redshift quasars and the rapid emergence of super-massive black holes2020

    • 著者名/発表者名
      Kroupa Pavel、Subr Ladislav、Jerabkova Tereza、Wang Long
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 498 ページ: 5652-5683

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2276

    • 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] Intermediate mass black hole formation in compact young massive star clusters2020

    • 著者名/発表者名
      Rizzuto Francesco Paolo、Naab Thorsten、Spurzem Rainer、Giersz Mirek、Ostriker J P、Stone N C、Wang Long、Berczik Peter、Rampp M
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 501 号: 4 ページ: 5257-5273

    • DOI

      10.1093/mnras/staa3634

    • 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] The survival of star clusters with black hole subsystems2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Long
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 491 ページ: 2413-2423

    • DOI

      10.1093/mnras/stz3179

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerated FDPS: Algorithms to use accelerators with FDPS2020

    • 著者名/発表者名
      Iwasawa Masaki、Namekata Daisuke、Nitadori Keigo、Nomura Kentaro、Wang Long、Tsubouchi Miyuki、Makino Junichiro
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 72 号: 1 ページ: 13-13

    • DOI

      10.1093/pasj/psz133

    • NAID

      120006840182

    • 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
  • [雑誌論文] The possible role of stellar mergers for the formation of multiple stellar populations in globular clusters2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Long、Kroupa Pavel、Takahashi Koh、Jerabkova Tereza
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 491 号: 1 ページ: 440-454

    • DOI

      10.1093/mnras/stz3033

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] The impact of IMFs on the dynamical channels of gravitational wave sources2021

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      CHALLENGES AND INNOVATIONS IN COMPUTATIONAL ASTROPHYSICS III
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The implementation of PeTar in AMUSE2021

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      MODEST-21a: AMUSE
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of initial mass functions on the dynamical channel of gravitational wave sources2021

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      GW Genesis: new science A03 workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Impact of initial mass functions on the dynamical channel of gravitational wave sources2021

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      ASJ 2021 Autumn Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] The 3 million-star simulations of globular clusters using Fugaku computer2021

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      ASJ 2021 Spring Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] The impact of IMFs on the dynamical channels of gravitational wave sources,2021

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      GW Genesis: Group A Winter Camp 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] The connection between dynamical evolution of star clusters, IMFs and BH mergers2020

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      GW Genesis:First Stars & First Galaxies 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] PeTar a high-performance N-body code for modelling massive collisional stellar systems2020

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      IAU CB1 CHALLENGES AND INNOVATIONS IN COMPUTATIONAL ASTROPHYSICS - II
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The connection between stellar dynamics and BH mergers2020

    • 著者名/発表者名
      Long Wang
    • 学会等名
      Gravitational Wave Physics and Astronomy: Genesis
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] SIRIUS Project

    • URL

      https://sites.google.com/g.ecc.u-tokyo.ac.jp/sirius-project/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] GitHub

    • URL

      https://github.com/lwang-astro

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-11-29   更新日: 2024-03-26  

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