輻射流体シミュレーションによる銀河系統樹の構築

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25400222
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 森 正夫 筑波大学, 計算科学研究センター, 准教授 (10338585)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 理論天文学 / 銀河形成

研究実績の概要

本研究では宇宙理論と計算科学、宇宙観測といった三つの研究分野を融合し、理論と観測の融合というキーワードを念頭に、銀河形成の輻射流体モデルの構築に取り組む。そのために、流体力学シミュレーションコードと輻射輸送シミュレーションコードを結合させ、その計算加速装置を搭載した計算機上で効率よく計算を行うことができる高精度輻射流体シミュレーションコードを開発する。そして、そのコードを駆使して構築した銀河形成の理論模型と、ライマンアルファ銀河やライマンブレイク銀河等の遠方の銀河天体の観測データとの詳細な比較を行う。このような理論と観測の相互のフィードバックサイクルを徹底的におこない、銀河形成・進化の標準模型を作り上げる。最終的に、多様な銀河宇宙を解読するための銀河系統樹を構築し、現在の銀河宇宙の成り立ちを解明する。
平成28年度は、銀河形成シミュレーションコードの開発を継続するとともに、矮小銀河と大質量円盤銀河との銀河衝突シミュレーションを行い、マイナーマージャ―イベントとステラ―ストリーム形成に関する知見を得ることができた。特にアンドロメダ銀河で観測されているノースウェストステラ―ストリームの形成過程を観測データと比較する研究に発展することに成功した。今後は、観測グループとの共同研究を行いマイナーマージャ―イベントと銀河進化過程について詳細に調べていく予定である。さらに、遷音速銀河風模型を用いた高赤方偏移で観測された銀河からのアウトフロー速度と星形成率、ダークマターハロー質量の関係について新しい知見を得ることができた。

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

平成28年度の銀河衝突シミュレーションでは、マイナーマージャ―イベントとステラ―ストリーム形成に関するスーパーコンピュータを駆使した大規模計算を行い、学術論文にまとめた。本論文はMonthly Notices of the Royal Astronomical Societyに投稿し、査読過程をすでに終えて、2017年中の掲載が決定し研究の進展を報告することができた、また、アンドロメダ銀河で観測されているノースウェストステラ―ストリームの形成過程を観測データと比較する観測グループとの東北大学と国立天文台、筑波大学で構成される共同研究グループが発足した。本研究により銀河進化に多くの関する知見を得られることが期待される。

今後の研究の推進方策

銀河形成・進化の流体力学シミュレーションを行い、ガスの密度、温度、重元素量からの放射を計算し、その銀河形成時のスペクトルを求める。そして銀河風として銀河から流出する複雑なガスの流れについて、近傍銀河とライマンアルファエミッター等の高赤方偏移天体の形態との比較を行う。また、すばる望遠鏡のHyper Suprime-Cam による観測によって得られた銀河風放出の候補天体のデータから、銀河進化における銀河風の影響について調べる。特に、我々のモデルでは、LAEの内、質量の大きなものがLABであり、それは大質量の銀河が形成している現場であることを示唆しているが、将来の観測でその検証作業を行う。

次年度使用額が生じた理由

共同研究者のミュンヘン天文台の Andreas Burkert 教授と矮小銀河形成に関する研究打ち合わせを行う予定であったが、日程調整がつかず平成29年度に先送りを行った。

次年度使用額の使用計画

日程調整を行い、ミュンヘン天文台の Andreas Burkert 教授と矮小銀河形成に関する研究打ち合わせを行う予定である。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Los Angeles(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California, Los Angeles
• [雑誌論文] ALMA Reveals Strong [C II] Emission in a Galaxy Embedded in a Giant Lyα Blob at z = 3.1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Umehata, H.; Matsuda, Y.; Tamura, Y.; Kohno, K.; Smail, I.; Ivison, R. J.; Steidel, C.C.; Chapman, S.C.; Geach, J.E.; Hayes, M.; Nagao, T.; Ao, Y.; Kawabe, R.; Yun, M.S.; Hatsukade, B.; Kubo, M.; Kato, Y.; Saito, T.; Ikarashi, S.; Nakanishi, K.; Lee, M.; Izumi, T.; Mori, M.; Ouchi, M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 834 ページ: 16-23
  • DOI: 10.3847/2041-8213/834/2/L16
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of the Andromeda giant stream: asymmetric structure and disc progenitor (2017)
  • 著者名/発表者名: Kirihara, T.; Miki, Y.; Mori, M.; Kawaguchi, T.; Rich, R. M.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 464 ページ: 3509-3525
  • DOI: 10.1093/mnras/stw2563
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multilateral Study of the Andromeda Giant Stream: Implications for the progenitor, its MBH, and the M31 halo (2017)
  • 著者名/発表者名: Kirihara, Takanobu; Miki, Yohei; Mori, Masao; Kawaguchi, Toshihiro; Rich, R. Michael
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 321 ページ: 42-42
  • DOI: 10.1017/S1743921316011443
  • 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A new concept of transonic galactic outflows and its application to the Sombrero galaxy (2017)
  • 著者名/発表者名: Igarashi, Asuka; Mori, Masao; Nitta, Shin-Ya
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 321 ページ: 125-125
  • DOI: 10.1017/S1743921316011340
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Statistical properties of diffuse Lyα haloes around star-forming galaxies at z=2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Momose, Rieko; Ouchi, Masami; Nakajima, Kimihiko; Ono, Yoshiaki; Shibuya, Takatoshi; Shimasaku, Kazuhiro; Yuma, Suraphong; Mori, Masao; Umemura, Masayuki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 457 ページ: 2318-2330
  • DOI: 10.1093/mnras/stw021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collision Tomography: Physical Properties of Possible Progenitors of the Andromeda Stellar Stream (2016)
  • 著者名/発表者名: Miki, Yohei; Mori, Masao; Rich, R. Michael
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 827 ページ: 82-94
  • DOI: 10.3847/0004-637X/827/1/82
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Connection between cusp-core problem and too-big-to-fail problem in CDM model (2016)
  • 著者名/発表者名: Kato, Kazuki; Mori, Masao; Ogiya, Go
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 317 ページ: 312-313
  • DOI: 10.1017/S174392131500705X
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Disk dwarf galaxy as the progenitor of the Andromeda giant stream (2016)
  • 著者名/発表者名: Kirihara, Takanobu; Miki, Yohei; Mori, Masao; Kawaguchi, Toshihiro
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 317 ページ: 316-317
  • DOI: 10.1017/S1743921315007127
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] 銀河風の遷音速モデルと星形成銀河への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐朱夏，森正夫，新田伸也
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15 – 2017-03-18
• [学会発表] Integral Approachによる、Density Independent SPH法とGodunov SPH法の改良 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤原隆寛，森正夫
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15 – 2017-03-18
• [学会発表] M31 におけるマイナーマージャー現象を用いた銀河の内部構造の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桐原崇亘; 三木洋平; 森正夫; Rich, R.M.
  • 学会等名: 理論懇シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2016-12-20 – 2016-12-22
• [学会発表] 星形成銀河からのアウトフローの理論モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐朱夏; 森正夫; 新田伸也
  • 学会等名: Galaxy-IGM研究会
  • 発表場所: 信州大学
  • 年月日: 2016-12-05 – 2016-12-07
• [学会発表] MUSCL-Godunov-SPH法への流速制限関数の実装 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤原隆寛; 森正夫
  • 学会等名: 流体力学会2016年年会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2016-09-26 – 2016-09-28
• [学会発表] 遷音速銀河風モデルによる星形成率と銀河風速度の関係 (2016)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐朱夏; 森正夫; 新田伸也
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] M31 North-Westernストリームの母矮小銀河の軌道探査 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桐原崇亘; 三木洋平; 森正夫
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] Cusp-core問題における周期的なSNフィードバックによる重力場変動とDMHの中心密度分布の関連性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤一輝; 森正夫
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] MUSCL法を用いたGodunov SPH法の高次精度化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤原隆寛; 森正夫
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] Numerical simulations of galaxy formation and evolution (2016)
  • 著者名/発表者名: 森正夫
  • 学会等名: Tsukuba CCS-LBNL Collaboration Workshop
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2016-06-12 – 2016-06-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 銀河形成シミュレーションに向けて: SPH法の性能比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤原隆寛; 森正夫
  • 学会等名: 第三回銀河進化研究会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2016-06-01 – 2016-06-03