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星周円盤の形成と原始星ジェットの理論研究

公募研究

研究領域新しい星形成論によるパラダイムシフト:銀河系におけるハビタブル惑星系の開拓史解明
研究課題/領域番号 21H00046
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
研究機関九州大学

研究代表者

町田 正博  九州大学, 理学研究院, 教授 (10402786)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード星形成 / 磁気流体力学 / ジェット / 原始惑星系円盤 / 数値シミュレーション / 惑星形成 / 磁気流体 / ファーストスター / ブラックホール / 初期宇宙 / 星周円盤 / 磁気流体シミュレーション / 原始星ジェット
研究開始時の研究の概要

スーパーコンピュータを用いて、星形成の母体である分子雲コアを初期条件として、重力崩壊するコア中で原始星が誕生し、その後、原始星周囲で円盤が成長してさらに惑星が誕生する段階までのシミュレーションを行う。その後シミュレーション結果の観測的可視化を行い、大型望遠鏡の観測結果と比較する。シミュレーションと最新の観測結果を比較しながら星と惑星の誕生シナリオを構築する。初年度にスーパーコンピュータを導入し設定を行う。同時に数値計算コードのチューニングも行う。その後、星形成の大規模シミュレーションを実行し、結果をALMA望遠鏡などの観測と比較する。

研究実績の概要

星形成過程での星周円盤の形成とジェット駆動機構を解明するために専用計算機SX-Aurora TSUBASAを購入し、大規模シミュレーションを実行した。星形成の母体となる分子雲コアをシミュレーションの初期条件として、磁場強度をパラメータとして数多くの計算を行った。また、原始星を空間分解した高空間分解能の計算とシンクセルを用いて原始星を空間分解しない低解像度の2種類の計算を行った。高解像度の計算は、原始星形成後短時間しか計算できないが高速ジェットを空間分解できる。低解像度の計算では、ジェットの高速度成分を分解出来ないものの、原始星形成後長時間の計算が可能である。これらの計算を比較してジェット駆動の条件を調べた。
計算の結果、星形成の母体となる分子雲コアの磁場が弱い場合には、星周円盤から駆動したジェットは降着ガスのラム圧によって成長を妨げられ成長しないことが分かった。他方、初期の分子雲コアが強い磁場を持つ場合には、星周円盤から駆動したジェットは短時間で十分に成長する。さらに、ジェットが成長する場合でも、円盤からのジェット駆動は非定常であることが分かった。ジェットは、分子雲コアの残骸から落下するガスの重力エネルギーの開放によって駆動している。原始星周辺は重力的に不安定であり、重力不安定性により成長した渦状碗構造が非定常降着を誘起する。そのため、非定常な質量放出は、非定常降着に起因している。また、磁場が強い場合には重力的に安定な円盤が形成し、定常なジェットが現れる。これらの結果から、初期に分子雲コアが持つ磁場強度が星形成過程において重要な役割を果たしていることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 2021

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 7件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 10件)

  • [雑誌論文] Observations of spiral and streamer on a candidate proto-brown dwarf2024

    • 著者名/発表者名
      Riaz B、Stamatellos D、Machida M N
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 529 号: 4 ページ: 3601-3609

    • DOI

      10.1093/mnras/stae724

    • 関連する報告書
      2022 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] Outflows Driven from a Magnetic Pseudodisk2024

    • 著者名/発表者名
      Basu Shantanu、Sharkawi Mahmoud、Machida Masahiro N.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 964 号: 2 ページ: 116-116

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad1bf3

    • 関連する報告書
      2022 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] Dust Polarization of Prestellar and Protostellar Sources in OMC-32024

    • 著者名/発表者名
      Liu Yuhua、Takahashi Satoko、Machida Masahiro、Tomisaka Kohji、Girart Josep Miquel、Ho Paul T. P.、Nakanishi Kouichiro、Sato Asako
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 963 号: 2 ページ: 104-104

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad182d

    • 関連する報告書
      2022 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] Revealing Multiple Nested Molecular Outflows with Rotating Signatures in HH270mms1-A with ALMA2024

    • 著者名/発表者名
      Omura Mitsuki、Tokuda Kazuki、Machida Masahiro N.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 963 号: 1 ページ: 72-72

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad19ce

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ring Gap Structure around Class I Protostar WL 172024

    • 著者名/発表者名
      Shoshi Ayumu、Harada Naoto、Tokuda Kazuki、Kawasaki Yoshihiro、Yamasaki Hayao、Sato Asako、Omura Mitsuki、Yamaguchi Masayuki、Tachihara Kengo、Machida Masahiro N.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 961 号: 2 ページ: 228-228

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad12b5

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Secondary Outflow Driven by the Protostar Ser-emb 15 in Serpens2023

    • 著者名/発表者名
      Sato Asako、Tokuda Kazuki、Machida Masahiro N.、Tachihara Kengo、Harada Naoto、Yamasaki Hayao、Hirano Shingo、Onishi Toshikazu、Matsushita Yuko
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 958 号: 2 ページ: 102-102

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad0132

    • 関連する報告書
      2022 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] Impact of turbulence intensity and fragmentation velocity on dust particle size evolution and non-ideal magnetohydrodynamics effects2023

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Yoshihiro、Machida Masahiro N
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 522 号: 3 ページ: 3679-3692

    • DOI

      10.1093/mnras/stad1241

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetic Effects Promote Supermassive Star Formation in Metal-enriched Atomic-cooling Halos2023

    • 著者名/発表者名
      Hirano Shingo、Machida Masahiro N.、Basu Shantanu
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 952 号: 1 ページ: 56-56

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acda94

    • 関連する報告書
      2022 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] Impact of magnetic braking on high-mass close binary formation2021

    • 著者名/発表者名
      Harada Naoto、Hirano Shingo、Machida Masahiro N、Hosokawa Takashi
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 508 号: 3 ページ: 3730-3747

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2780

    • 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] Can high-velocity protostellar jets help to drive low-velocity outflow?2021

    • 著者名/発表者名
      Machida Masahiro N
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 508 号: 3 ページ: 3208-3225

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2626

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Supermassive Star Formation in Magnetized Atomic-cooling Gas Clouds: Enhanced Accretion, Intermittent Fragmentation, and Continuous Mergers2021

    • 著者名/発表者名
      Hirano Shingo、Machida Masahiro N.、Basu Shantanu
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 917 号: 1 ページ: 34-34

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac0913

    • 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] Growth of magnetorotational instability in circumstellar discs around class 0 protostars2021

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Yoshihiro、Koga Shunta、Machida Masahiro N
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 504 号: 4 ページ: 5588-5611

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1224

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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