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2016 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, 理学研究科, 教授 (70390622)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード低金属度星 / 宇宙初代星 / 星形成 / 巨大ブラックホール
研究実績の概要

(1)宇宙初代星の形成について:初代星の原始星の降着進化過程を3次元輻射数値流体計算により解析した。その結果、最終的に形成される星の質量は以前実行した2次元計算の結果と大きく変わらず、数10から数100太陽質量程度であることが分かった。一方、星周円盤の分裂は形成される星の質量を下げるとこれまで思われていたが、実際にはそれによって引き起こされる間欠的なガス降着は原始星からの輻射フィードバックを弱める効果があり、最終的な星の質量を大きくする場合もあることが分かった。
また、回転している原始星へのガス降着の際に、星から輻射が大きくなって、星表面で遠心力と輻射力の合計が重力と等しくなる状況が起こりえるが、その後、ガスの降着は可能かどうかを、星周円盤の構造を計算することにより調べた。その結果、円盤内縁部では輻射力の為、ガスの落下が十分ゆっくりとなり、角運動量が外部へ輸送される結果、降着流は星へ角運動量を持ち込まず、降着は継続可能であることが分かった。
これ以外にも銀河系サイズの銀河の形成過程に関する準解析的モデルを用いて、現在の銀河系ハロー中の低金属度星の重元素分布からゼロメタル星の初期質量関数へ制限を議論し、数100太陽質量の大質量星の割合はそれほど多くないことを見出した。

(2)超大質量星の形成について:宇宙初期に太陽の10万倍を超える超大質量星が形成される可能性に関して、幾つかの過程を理論的に調べた。まず材料ガス中にダスト粒子が存在する場合に関して、3次元流体計算を用いて解析した。その結果、現在の銀河系に比べて、ダストが1万分の1以上存在すると、ダスト冷却の影響でガス雲が分裂してしまい、大質量にならないことが示唆された。超大質量原始星の降着進化を調べ、それがブラックホールへと重力崩壊する際の最終質量を降着率の関数として与えた。現実的な降着率の範囲では、数10万太陽質量程度となった。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 6件、 査読あり 9件、 謝辞記載あり 9件)

  • [国際共同研究] INAF - Osservatorio Astronomico di Roma/Scuola Normale Superiore, Pisa(Italy)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      INAF - Osservatorio Astronomico di Roma/Scuola Normale Superiore, Pisa
  • [国際共同研究] The University of Vienna(Austria)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      The University of Vienna
  • [国際共同研究] Chinese Academy of Sciences(China)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Chinese Academy of Sciences
  • [国際共同研究] California Institute of Technology(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      California Institute of Technology
  • [国際共同研究] Observatoire de Paris/Sorbonne Universites(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Observatoire de Paris/Sorbonne Universites
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      1
  • [雑誌論文] Limits on Population III star formation with the most iron-poor stars2017

    • 著者名/発表者名
      de Bennassuti, M.; Salvadori, S.; Schneider, R.; Valiante, R.; Omukai, K.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 465 ページ: 926-940

    • DOI

      10.1093/mnras/stw2687

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Do stellar winds prevent the formation of supermassive stars by accretion?2017

    • 著者名/発表者名
      Nakauchi, Daisuke; Hosokawa, Takashi; Omukai, Kazuyuki; Saio, Hideyuki; Nomoto, Ken'ichi
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 465 ページ: 5016-5025

    • DOI

      10.1093/mnras/stw3114

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Triggering the Formation of Direct Collapse Black Holes by Their Congeners2017

    • 著者名/発表者名
      Yue, Bin; Ferrara, Andrea; Pacucci, Fabio; Omukai, Kazuyuki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 838 ページ: id. 111, 17 pp.

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa6627

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rapid Black Hole Growth under Anisotropic Radiation Feedback2017

    • 著者名/発表者名
      Sugimura, Kazuyuki; Hosokawa, Takashi; Yajima, Hidenobu; Omukai, Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 未定 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1093/mnras/stx769

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] From the first stars to the first black holes2016

    • 著者名/発表者名
      Valiante, Rosa; Schneider, Raffaella; Volonteri, Marta; Omukai, Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 457 ページ: 3356-3371

    • DOI

      10.1093/mnras/stw225

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Impact of Dust Cooling on Direct-collapse Black Hole Formation2016

    • 著者名/発表者名
      Latif, M. A.; Omukai, K.; Habouzit, M.; Schleicher, D. R. G.; Volonteri, M.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 823 ページ: id. 40, 13 pp.

    • DOI

      10.3847/0004-637X/823/1/40

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation of Massive Primordial Stars: Intermittent UV Feedback with Episodic Mass Accretion2016

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa, Takashi; Hirano, Shingo; Kuiper, Rolf; Yorke, Harold W.; Omukai, Kazuyuki; Yoshida, Naoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 824 ページ: id. 119, 26 pp.

    • DOI

      10.3847/0004-637X/824/2/119

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supermassive star formation via episodic accretion: protostellar disc instability and radiative feedback efficiency2016

    • 著者名/発表者名
      Sakurai, Y.; Vorobyov, E. I.; Hosokawa, T.; Yoshida, N.; Omukai, K.; Yorke, H. W.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 459 ページ: 1137-1145

    • DOI

      10.1093/mnras/stw637

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The Final Fates of Accreting Supermassive Stars2016

    • 著者名/発表者名
      Umeda, Hideyuki; Hosokawa, Takashi; Omukai, Kazuyuki; Yoshida, Naoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 830 ページ: id. L34, 5 pp.

    • DOI

      10.3847/2041-8205/830/2/L34

    • 査読あり / 謝辞記載あり

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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