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2015 年度 実施状況報告書

超高分解能3次元磁気流体シミュレーションによる大質量星形成過程の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K05039
研究機関国立天文台

研究代表者

井上 剛志  国立天文台, 理論研究部, 助教 (90531294)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード大質量星 / 星形成 / 衝撃波 / 磁気流体力学 / 自己重力 / 適合格子計算
研究実績の概要

質量が太陽の10倍を超えるような大質量星は、強烈な放射による電離領域の形成から寿命の最後に迎える重力崩壊型超新星爆発や中性子星、ブラックホールの形成に関わる天文学的に極めて重要な天体でありながら、その形成シナリオやメカニズムに関してほとんど理解されていないのが現状である。本研究では大質量分子雲コアと呼ばれる大質量形成の直前段階の天体がどのようなプロセスで形成されるのか、そのメカニズムを適合格子計算法(AMR)を用いた超高分解な磁気流体力学シミュレーションで明らかにすることを目的とする。
平成27年度は研究遂行の鍵となるAMRコードを用いた大質量星の前段階となる自己重力で束縛された大質量分子雲コアの形成過程に関する研究を行った。用いた国産のAMRコードであるSFUAMTO(Matsumoto2009)であり、開発者の松本氏(法政大学)に直接使用法の手ほどきを受けた。計算には国立天文台天文シミュレーションプロジェクトの大規模並列計算機であるClay XC-30を用いた。SFUMATOはMIPを用いた並列化が施されており、本研究では512コアを用いて主に計算を行った。計算設定としては分子雲に特徴的な超音速乱流を内包した2つの独立な分子クランプを超音速で衝突させる実験を行った。その結果、衝撃波圧縮領域で大質量な高密度分子雲フィラメントが形成され、そのフィラメントが超波長モードで重力崩壊することによって大質量分子雲コアが形成されることが明らかとなった。現在このような結果がどの程度一般的な状況下で達成されるのかについて、初期条件が異なる計算を行って確かめているところである。結果がそろい次第、論文にまとめて投稿する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の予定通りAMRコードの習熟を行い、かつ幾つかのシミュレーションを大規模並列計算機で実行することができた。途中で高マッハ数の等温磁気流体衝撃波の人工的な数値不安定性に悩まされ、数値計算が進行中に止まってしまう問題点があったが、AMR数値計算のスペシャリストであり、かつ星形成研究の第一人者であるCEA Saclay(フランス)の P. Hennebelle 教授の研究室に滞在してコードのマイナーな改変を行った。その結果、広いパラメーターレンジに対してシミュレーションを完遂することが可能になった。

今後の研究の推進方策

これまでの結果から、高マッハ数の衝撃波圧縮によって大質量な高密度分子雲フィラメントが形成され、そのフィラメントが超波長モードで重力崩壊することによって大質量分子雲コアが形成されることが明らかとなった。今後は考えうる幾つかの初期条件の変更に対してどのように結果が応答するのかを調べ、上記の基本シナリオに対して確証が得られ次第結果を論文にまとめる予定である。さらにそれが済み次第、当初の計画に沿って、(i)形成される大質量星の質量と衝突する分子雲の物理量の関係の定式化、(ii)観測と連携した理論の実証、という段階に進んでいきたい。

次年度使用額が生じた理由

シミュレーションデータ保存用の大容量ハードディスクを購入の予定であったが、計算センターとして使用している国立天文台天文シミュレーションプロジェクトの解析サーバ上に追加ストレージとして20TBの使用が無償で認められた。そのため今年度での購入が不要となった。

次年度使用額の使用計画

上記のように平成27度の購入は不要であったが、当初予定よりも大きなデータの保存先が継続的に必要となることが予想される。したがって、平成28度には今年度不要分となった資金を含めてハードディスクを購入してデータの保存先を確保する予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] TURBULENT RECONNECTION IN RELATIVISTIC PLASMAS AND EFFECTS OF COMPRESSIBILITY2015

    • 著者名/発表者名
      Takamoto, M., Inoue, T., & Lazarian, A.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 815 ページ: 16-24

    • DOI

      10.1088/0004-637X/815/1/16

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 星間媒質進化と磁場2016

    • 著者名/発表者名
      井上 剛志
    • 学会等名
      セミナー型ALMAワークショップ
    • 発表場所
      国立天文台三鷹キャンパス
    • 年月日
      2016-03-30 – 2016-03-31
    • 招待講演
  • [学会発表] RXJ1713.7-3946物語2016

    • 著者名/発表者名
      井上 剛志
    • 学会等名
      宇宙電波懇談会シンポジウム2015
    • 発表場所
      国立天文台三鷹キャンパス
    • 年月日
      2016-03-09 – 2016-03-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Massive Star Formation Triggered by Strong Shock Wave2015

    • 著者名/発表者名
      井上 剛志
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学研究会2015
    • 発表場所
      静岡県沼津市ときわや
    • 年月日
      2015-11-25 – 2015-11-27
    • 招待講演
  • [学会発表] MHD Simulations of Massive Star Formation Triggered by Cloud Collision2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Inoue
    • 学会等名
      Star Formation 2015
    • 発表場所
      National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-06-29 – 2015-07-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetohydrodynamic Simulation of Supernova Shock Wave in Realistic Interstellar Medium2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Inoue
    • 学会等名
      The 1st Conference on Laser Energetics
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Kanagawa, Japan
    • 年月日
      2015-04-22 – 2015-04-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 井上剛志のホームページ

    • URL

      http://th.nao.ac.jp/MEMBER/inouety/

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公開日: 2017-01-06  

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