3次元輻射磁気流体力学シミュレーションによる初期原始星進化の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15340062
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 花輪 知幸 千葉大学, 先進科学教育センター, 教授 (50172953)
• 研究分担者: 梅村 雅之 筑波大学, 物理学系, 教授 (70183754) ; 松本 倫明 法政大学, 人間環境学部, 助教授 (60308004) ; 富阪 幸治 国立天文台, 理論天文学研究系, 教授 (70183879) ; 牧野 淳一郎 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (50229340) ; 犬塚 修一郎 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (80270453)
• キーワード: 星形成 / 数値シミュレーション / 磁気流体力学 / 輻射輸送 / 原始星

研究概要

本研究では、原始星の最初の1万年から10万年の進化を、磁場・輻射の効果を考えた3次元数値シミュレーションにより明らかにすることを日指している。本年は計算機の整備、計算コードの整備を含む次のような活動を行った。
1.CPUとしてOpteronを使用したPC Clusterを制作し、東京大学(牧野研究室)に設置した。このPCクラスターはインターネットに接続され、本研究組織の構成員が外部からアクセスして数値シミュレーションを行っている。
2.連星の形成や進化を追跡するために、これまでの多層格子を用いた数値シミュレーションコードをもとに、解適合格子(Adaptive Mesh Refinement)を用いた磁気流体力学シミュレーションコードを開発した。また同時にシミュレーションコードをベクトル型並列計算機向けに書き直した。このコードでは、形成された多重星のうち1つが重力散乱により放出される様子も追うことができるよう設計されている。
3.磁場に貫かれた回転する分子雲が重力収縮する様子を、多層格子を用いたコードにより、初めて3次元数値シミュレーションを行った。初期の磁場や回転速度を変えても、重力収縮する間に磁場や回転速度は自己調節され、生まれたばかりの原始星(=ファーストコア)の磁気力と遠心力の和と重力の比はほぼ一定になることが明らかになった。遠心力が磁気力より強いとき、原始星は分裂して連星(=多重星)となりやすいことも明らかになった。
4.熱不安定により原子ガスと分子ガスの2相に分かれたガス雲を正しく数値計算するための条件を求めた。熱輸送の典型的な長さスケールλ_Fの1/3以下の高分解能を達成しないかぎり、解は収束せず、得られた結果は信用できない。

研究成果

• [文献書誌] Kawakatsu, Nozomi: "Proto-Quasars : Physical States and Observable Properties"The Astrophysical Journal. 583巻・1号. 85-91 (2003)
• [文献書誌] Yonehara, Atsunori: "QSO Microlensing --- Direct Probe to Substructures around Galaxies ---"Publications of Astronomical Society of Japan. 55巻・6号. 1059-1078 (2003)
• [文献書誌] Susa, Hajime: "Formation of Dwarf Galaxies during the Cosmic Reionization"The Astrophysical Journal. 600巻・1号. 1-16 (2004)
• [文献書誌] Kawakatsu, Nozomi: "Why are Massive Black Holes Small in Disk Galaxies?"The Astrophysical Journal Letters. 601巻・1号. L21-L24 (2004)
• [文献書誌] Matsumoto, Tomoaki: "Fragmentation of a Molecular Cloud Core versus Fragmentation of the Massive Protoplanetary Disk in the Main Accretion Phase"The Astrophysical Journal. 595巻・2号. 913-934 (2003)
• [文献書誌] Uesugi, Masayuki: "Deformation and Internal Flow of a Chondrule-Precursor Molten Sphere in a Shocked Nebular Gas"Earth, Planets and Space. 55巻・8号. 493-507 (2003)
• [文献書誌] Machida, Masahiro N: "First MHD simulation of collapse and fragmentation of magnetized molecular cloud cores"Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 348巻・1号. L1-L5 (2004)
• [文献書誌] Koyama, Hiroshi: "The Field Condition : A New Constraint of Spatial Resolution in Simulations of the Nonlinear Development of Thermal Instability"The Astrophysicla Journal Letters. 602巻・1号. L25-L28 (2004)
• [文献書誌] Kawai, Atsushi: "Performance Analysis of High-Accuracy Tree Code Based on the Pseudoparticle Multipole Method"The Astrophysical Journal Supplement Series. 151巻・1号. 13-33 (2004)
• [文献書誌] Sano, Takayoshi: "Angular Momentum Transport by MHD Turbulence in Accretion Disks : Gas Pressure Dependence of the Saturation Level of the Magnetorotational Instability"The Astrophysical Journal. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] Murakami, Masakatsu: "Self-Similar Gravitational Collapse of Radiatively Cooling Spheres"The Astrophysical Journal. (印刷中). (2004)