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2014 年度 実績報告書

低金属度ガスのダイナミクスで解明する宇宙初期天体の起源

研究課題

研究課題/領域番号 25287040
研究機関東北大学

研究代表者

大向 一行  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70390622)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード宇宙初期天体 / 星形成 / 巨大ブラックホール
研究実績の概要

(1)重元素が全くない環境で形成される宇宙初代星の形成過程に関して:これまでより宇宙論的シミュレーションの計算領域を大きくとることで、その内部に1000を超える初代星形成ハローを同定できた。その際に領域内の輻射場の影響も適切に取り入れた。これらハローの幾つかに対して、2次元軸対称の輻射流体計算を行うことで形成される星の質量を求めることに成功した。形成される星の質量はその母体となるハローの性質と相関していることが分かったので、この関係を用いて計算領域内に形成される星の質量分布を導出することができた。
また宇宙初期の星形成領域でも超新星残骸は多数存在し、そこで宇宙線が加速し、銀河間空間に拡散していくものと思われる。予想されている星形成率をもとにこの強度を見積もり、星形成の際の熱進化過程に対するこの影響を計算した。その結果、HD分子の冷却がこれまで考えられていた以上に重要になりえることが分かった。これは形成される星の質量を小さくする方向に働く。

(2)宇宙初期に形成されると思われる10万太陽質量を超える超大質量星形成過程について:外部輻射場により水素分子形成が完全に阻害されているような状況の星形成雲の進化を
3次元流体シミュレーションにより解析した。その結果、亜音速の乱流があるような状況でも激しい分裂は抑制され、ほぼ単一の塊として収縮していくことが分かった。これから最終的に超大質量星へと成長するものと予想される。またこのような水素分子形成が全く起こらない環境が実現されるために必要な輻射場の強度を現実的な銀河スペクトルを用いることで見積もった。その結果、これまで思われていた値よりも1桁ほど大きな値が必要であることが分かった。これは超大質量星の形成個数が1Gpc立方に一つ程度と極めて小さいものであることを示唆する。

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

当初の研究計画とほぼ同じスケジュールで研究が遂行できている。

今後の研究の推進方策

これまでほぼ当初の研究計画どおり研究を遂行出来ているので、今後も継続して当初計画のまま推進する予定である。

次年度使用額が生じた理由

平成26年度は関連学会が当初予想していたほどの回数が開催されず、また共同のための訪問も先方の都合により回数が予想よりも少なくなった。それにともなう未使用額である。

次年度使用額の使用計画

研究代表者および研究協力者の学会参加および研究打ち合わせ旅費として平成27年度分に合わせて使用する予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Supernova dust formation and the grain growth in the early universe: the critical metallicity for low-mass star formation2015

    • 著者名/発表者名
      Chiaki, Gen; Marassi, Stefania; Nozawa, Takaya; Yoshida, Naoki; Schneider, Raffaella; Omukai, Kazuyuki; Limongi, Marco; Chieffi, Alessandro
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 446 ページ: 2659-2672

    • DOI

      10.1093/mnras/stu2298

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dissipation of Magnetic Fields in Star-forming Clouds with Different Metallicities2015

    • 著者名/発表者名
      Susa, Hajime; Doi, Kentaro; Omukai, Kazuyuki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 801 ページ: id. 13, 12 pp.

    • DOI

      10.1088/0004-637X/801/1/13

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Primordial star formation under the influence of far ultraviolet radiation: 1540 cosmological haloes and the stellar mass distribution2015

    • 著者名/発表者名
      Hirano, S.; Hosokawa, T.; Yoshida, N.; Omukai, K.; Yorke, H. W.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 448 ページ: 568-587

    • DOI

      10.1093/mnras/stv044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gravitational instability in protostellar discs at low metallicities2014

    • 著者名/発表者名
      Tanaka, Kei E. I.; Omukai, Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 439 ページ: 1884-1896

    • DOI

      10.1093/mnras/stu069

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dust grain growth and the formation of the extremely primitive star SDSS J102915+1729272014

    • 著者名/発表者名
      Chiaki, Gen; Schneider, Raffaella; Nozawa, Takaya; Omukai, Kazuyuki; Limongi, Marco; Yoshida, Naoki; Chieffi, Alessandro
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 439 ページ: 3121-3127

    • DOI

      10.1093/mnras/stu178

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Conditions for HD cooling in the first galaxies revisited: interplay between far-ultraviolet and cosmic ray feedback in Population III star formation2014

    • 著者名/発表者名
      Nakauchi, Daisuke; Inayoshi, Kohei; Omukai, Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 442 ページ: 2667-2679

    • DOI

      10.1093/mnras/stu1042

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The Origin of the Most Iron-poor Star2014

    • 著者名/発表者名
      Marassi, S.; Chiaki, G.; Schneider, R.; Limongi, M.; Omukai, K.; Nozawa, T.; Chieffi, A.; Yoshida, N.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 794 ページ: id. 100, 12 pp.

    • DOI

      10.1088/0004-637X/794/2/100

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The critical radiation intensity for direct collapse black hole formation: dependence on the radiation spectral shape2014

    • 著者名/発表者名
      Sugimura, Kazuyuki; Omukai, Kazuyuki; Inoue, Akio K.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 445 ページ: 544-553

    • DOI

      10.1093/mnras/stu1778

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation of an embryonic supermassive star in the first galaxy2014

    • 著者名/発表者名
      Inayoshi, Kohei; Omukai, Kazuyuki; Tasker, Elizabeth
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 445 ページ: L109-L113

    • DOI

      10.1093/mnrasl/slu151

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Our recent research activities on low-metallicity star formation2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Omukai
    • 学会等名
      Early Universe: Research on Plasma Astrochemistry (Europa) Second meeting
    • 発表場所
      International Space Science Institute, Bern, Swizerland
    • 年月日
      2015-03-03
    • 招待講演
  • [学会発表] Star formation in the early universe2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Omukai
    • 学会等名
      Unsolved problems in astrophysics and cosmology
    • 発表場所
      Eotvos University, Budapest, Hungary
    • 年月日
      2014-07-05
    • 招待講演
  • [図書] 宇宙と生命の起源2 素粒子から細胞へ2014

    • 著者名/発表者名
      小久保英一郎・嶺重慎 編著 (大向一行 分担執筆)
    • 総ページ数
      240 (21-40)
    • 出版者
      岩波書店

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公開日: 2016-06-01  

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