| 研究課題/領域番号 |
19K03923
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
羽部 朝男 北海道大学, 理学研究院, 名誉教授 (90180926)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 巨大分子雲 / 大質量星形成 / 磁場 / 分子雲衝突 / 分子雲コア / 衝撃波 / 大規模数値電磁流体シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
大質量星は、銀河進化に多大な影響を及ぼすが、その形成条件は未解明である。大質量星形成過程として観測的にも支持されている分子雲衝突に研究する。私たちは，銀河スケールで分子雲衝突がかなりの頻度起こることを理論的に示し、分子雲衝突の3次元数値シミュレー ションを系統的に進め、分子雲衝突による高密度コア形成に対する分子雲内乱流や衝突速度の影響を調べ、乱流の効果だけでは大質量星形成可能な高密度コア形成には不十分であることを示した。そこで、本研究では分子雲衝突の研究を進めるため、磁場の効果を取り入れ、大質量星形成が可能な高密度コア形成の可能性を調べる。
我々は、大局的な磁場と分子雲の内部乱流による磁場を考慮して，分子雲衝突の 3 次元数値シミュレ ーションを行い、分子雲同士の衝突による質量の大きな分子雲コア形成の可能性を調べた。まず、大局的に一様磁場中に分子雲を仮定して、それに乱流速度場を加えて時間発展させた。その結果、分子雲の磁場と密度の観測的関係であるCrucher関係を、一様磁場が４マイクロガウスの時によく再現することを示した。次に衝突方向に対して様々な方向にこの磁場を仮定して、典型的な衝突速度10km/sで、大きさと質量の異なる分子雲を衝突させ、大質量の高密度分子雲コア形成の可能性を調べた。その結果、磁場が弱い時と比較して、分子雲コア形成は遅れるが、質量がかなり大きくなってから自己重力的に束縛されることを示した。自己重力的に束縛された分子雲コアでは星形成が期待され、１０太陽質量を遥かに超えるものが多数形成されたことは、分子雲衝突による大質量星形成の可能性を強く示す結果が得られた。この結果は日本天文学会で発表し、論文も投稿してレフリーから好意的な評価を受け現在改訂版を再投稿中である。また、観測研究者との分子雲衝突に関する共同研究も進めることができた。
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| 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
大質量星形成を解明するため、 磁場の効果を取り入た分子雲衝突の数値シミュレーションを衝突速度が10km/sの場合に行ない、大質量星形成が可能な大質量コアが形成されることを示した。得られた結果は、日本天文学会や国内研究会、日本天文学会で報告した。また、その内容は日本天文学会欧文誌に投稿して現在査読中である。レフリーからは好意的なコメントをいただき、すでに再投稿し２回目の査読中である。
この研究で得られた結果から、この研究をさらに進める方向も明らかになってきた。磁場が弱い時の分子雲衝突では、衝突によって形成された衝撃波面でのnon-linear thin shell不安定（以下NTSI)が、小質量分子コアの形成を促進する一方で大質量分子雲コアの形成を抑制することが明らかになった。磁場が強くなるとこのNTSIが抑制されて、分子雲コア質量の成長に寄与する結果を得た。このことは衝突速度が10km/sより大きい場合にはNTSIが強くなると期待され、その結果分子雲コア形成に対する強い抑制効果が期待される。一方NTSIは、より大きな磁場があれば抑制される可能性がある。銀河の中心に近い領域では銀河の微分回転は強く、そのため星間磁場は強く、分子雲同士の衝突速度が大きいと期待される。また、観測的には星間ガスの質量面密度も大きいので質量が大きく密度も高い分子雲が形成され、それが衝突すると期待される。そうした状況における分子雲衝突による大質量星形成の可能性を明らかにする研究が重要な研究となる可能性が明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究で得られた結果から、磁場が弱い時の分子雲衝突で形成された衝撃波面ではnon-linear thin shell不安定（以下NTSI)が、小質量分子コアの形成を促進する一方で大質量分子雲コアの形成を押させる効果が明らかになった。磁場が強くなるとこのNTSIが抑制されて、分子雲コアの質量成長に寄与する。銀河の内側では、分子雲の衝突速度が大きくなると予想され、衝突速度が10km/sより大きい場合にはNTSIが強くなると期待され、その結果大質量分子雲コア形成の抑制効果が期待される。一方NTSIはより大きな磁場があれば抑制される可能性がある。銀河の内側では銀河の微分回転は強く、星間磁場は強いと期待される。また、観測的にも星間ガスの質量面密度も大きいので質量が大きく密度も高い分子雲が形成され、それが衝突すると期待される。そうした状況における分子雲衝突が大質量星形成に寄与する可能性を明らかにし、その条件を明らかにする。そのために、磁場が強く分子雲の質量も大きく衝突速度もおおきな場合について数値シミュレーションを系統的に進める。この研究は銀河の内側における大質量星形成理解に寄与する重要な研究となる可能性がある。
以上の研究では、研究協力者である福井と鳥居と、数値シミュレーションの結果と彼らの観測結果の特徴を相互に議論して分子雲衝突の研究を進める。こうした理論観測両面での協力体で，本研究を効果的に進める。
研究成果はまとまり次第査読付き論文として発表する。、
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナウィルスの流行によって、年度末に予定していた国際会議や日本天文学会や国内研究会がキャンセルとなり出席が不可能になったために、これらのために予定していた予算の支出ができなくなったことが大きな理由である。これらの研究会には北海道大学の大学院生Nirmit Sakreを同行させる予定にしていたため、比較的大きな予算を予定していた。次年度もいくつかの国際会議や国内の学会と研究会の出席のために研究費を使用する予定である。国際会議は９月にチェコで計画されている。国内では日本天文学会や国立天文台で行われる研究会に出席して研究成果を発表する予定である。しかし、コロナウィルスの動向によっては計画の変更もありうる状況である。
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