銀河形成シミュレーションで迫るダークマターの正体

• 研究領域: なぜ宇宙は加速するのか? - 徹底的究明と将来への挑戦 -
• 研究課題/領域番号: 16H01085
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 岡本 崇 北海道大学, 理学研究院, 講師 (50541893)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 銀河形成 / ダークマター / 数値シミュレーション / フィードバック / 宇宙論 / シミュレーション / 宇宙物理 / 理論天文学

研究実績の概要

前年度に実装を終えた self-interacting dark matter (SIDM) を仮定した銀河形成シミュレーションを行うために、メッシュフリー流体コードに、ガス冷却、星形成、星の進化、大質量星からの紫外線や恒星風、超新星爆発による星間ガスの加熱、AGB 星、重力崩壊型及び Ia 型超新星爆発による化学進化等の銀河形成に重要な役割を果たす物理過程の実装を終えた。特に、加熱されたガスを多相モデルとして扱うことにより、数値分解能に依らず物理的に正しい結果を出すように超新星爆発等による星間ガスの加熱効果を実装した。様々な SIDM を仮定した銀河形成シミュレーションを行い cold dark matter (CDM) と比較する準備が整った。
関連して、ダークハローのポテンシャル構造が内部の銀河の星形成活動に及ぼす影響を高分解能の孤立銀河シミュレーションを用いて調べた。その結果、星形成の現場となるガス雲の形成にはシアー不安定性と重力不安定性が重要な役割を果たすことが明らかになった。
また、大質量星からの輻射が分子雲に与える影響を調べるためにダスト入りの輻射流体シミュレーションを行なった。その際、ダストとガスは強くカップルしているというしばしば用いられる仮定を外し、ダストとガスの相互作用とダストのサイズ分布を考慮した。その結果、大質量星近傍では輻射圧によりダストが優先的に外縁部に運ばれるため、dust cavity と呼ばれるダストのない領域が形成されることが分かった。

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。

研究成果

• [雑誌論文] The impact of galactic disc environment on star-forming clouds (2018)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, Ngan K.; Pettitt, Alex R.; Tasker, Elizabeth J.; Okamoto, Takashi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 475 号: 1 ページ: 27-42
  • DOI: 10.1093/mnras/stx3143
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of radiation pressure on spatial distribution of dust inside HII regions (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishiki Shohei、Okamoto Takashi、Inoue Akio K.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 474 号: 2 ページ: 1935-1943
  • DOI: 10.1093/mnras/stx2833
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imprints of the super-Eddington accretion on the quasar clustering (2017)
  • 著者名/発表者名: T.Oogi, M.Enoki,T.Ishiyama, M.Kobayashi, R.Makiya, M.Nagashima, T.Okamoto, H.Shirakata
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 471 号: 1 ページ: L21-L25
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slx102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Theoretical Re-evaluations of Scaling Relations between SMBHs and Their Host Galaxies . 1. Effect of Seed BH Mass (2017)
  • 著者名/発表者名: Hikari Shirakata, Toshihiro Kawaguchi, Takashi Okamoto, Ryu Makiya, Tomoaki Ishiyama, Yoshiki Matsuoka, Masahiro Nagashima, Motohiro Enoki, Taira Oogi, and Masakazu A. R. Kobayashi
  • 雑誌名: Frontiers in Astronomy and Space Sciences 巻: 4
  • DOI: 10.3389/fspas.2017.00015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Theoretical Re-evaluations of Scaling Relations between SMBHs and Their Host Galaxies. 2. Importance of AGN Feedback Suggested by Stellar Age - Velocity Dispersion Relation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hikari Shirakata, Toshihiro Kawaguchi, Takashi Okamoto, and Tomoaki Ishiyama
  • 雑誌名: Frontiers in Astronomy and Space Sciences 巻: 4
  • DOI: 10.3389/fspas.2017.00013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The metal enrichment of passive galaxies in cosmological simulations of galaxy formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, Takashi; Nagashima, Masahiro; Lacey, Cedric G.; Frenk, Carlos S.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 464 号: 4 ページ: 4866-4874
  • DOI: 10.1093/mnras/stw2729
  • NAID: 120006219984
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Radiation feedback in dusty clouds (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishiki, Shohei; Okamoto, Takashi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 巻: 466 号: 1 ページ: L123-L127
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slw253
  • NAID: 120006360086
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The New Numerical Galaxy Catalog (ν^2GC): An Updated Semi-analytic Model of Galaxy and AGN with Large Cosmological N-body Simulations (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryu Makiya, Motohiro Enoki, Tomoaki Ishiyama, Masakazu A.R. Kobayashi, Masahiro Nagashima, Takashi Okamoto, Katsuya Okoshi, Taira Oogi, Hikari Shirakata
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 号: 2 ページ: 25-51
  • DOI: 10.1093/pasj/psw005
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detection of an oxygen emission line from a high-redshift galaxy in the reionization epoch (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue, Akio K.; Tamura, Yoichi; Matsuo, Hiroshi; Mawatari, Ken; Shimizu, Ikkoh; Shibuya, Takatoshi; Ota, Kazuaki; Yoshida, Naoki; Zackrisson, Erik; Kashikawa, Nobunari; Kohno, Kotaro; Umehata, Hideki; Hatsukade, Bunyo; Iye, Masanori; Matsuda, Yuichi; Okamoto, Takashi; Yamaguchi, Yuki
  • 雑誌名: Science 巻: 352 ページ: 1559-1562
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical re-evaluations of the black hole mass-bulge mass relation - I. Effect of seed black hole mass (2016)
  • 著者名/発表者名: Shirakata, Hikari; Kawaguchi, Toshihiro; Okamoto, Takashi; Makiya, Ryu; Ishiyama, Tomoaki; Matsuoka, Yoshiki; Nagashima, Masahiro; Enoki, Motohiro; Oogi, Taira; Kobayashi, Masakazu A. R.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 461 号: 4 ページ: 4389-4394
  • DOI: 10.1093/mnras/stw1798
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nebular line emission from z > 7 galaxies in a cosmological simulation: rest-frame UV to optical lines (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, Ikkoh; Inoue, Akio K.; Okamoto, Takashi; Yoshida, Naoki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 461 号: 4 ページ: 3563-3575
  • DOI: 10.1093/mnras/stw1423
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Towards galaxy formation simulations of Milky Way satellites with alternative dark matter models (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okamoto
  • 学会等名: 新学術領域「なぜ宇宙は加速するのか？- 徹底的究明と将来への挑戦-」Why does the Universe accelerate?-Exhaustive study and challenge for the future
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 銀河形成シミュレーションによる星形成銀河の星形成率とガス流入・流出率 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡本崇
  • 学会等名: 日本天文学会
• [学会発表] Inflows and outflows in high-redshift simulated galaxies (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okamoto
  • 学会等名: ULTIMATE-Subaru science workshop 2016
  • 発表場所: 東京都三鷹市・国立天文台三鷹キャンパス
  • 年月日: 2016-06-16
  • 国際学会 / 招待講演