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2016 年度 実績報告書

超巨大ブラックホールの種となる超巨大星の進化と運命の解明

研究課題

研究課題/領域番号 26400220
研究機関東京大学

研究代表者

梅田 秀之  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60447357)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード天体物理学 / 初代星 / ブラックホール / 大質量星形成
研究実績の概要

宇宙の初代星は金属の無い始原ガスから作られるが、現在の星と異なり10万~100万Msun(太陽質量)の超巨大質量星となり一般相対論(GR)的不安定性により崩壊する可能性が言われてきた。高赤方偏移に存在するクェーサーの中心にある巨大ブラックホール(BH)形成の種として 標準的には百Msun 程度の BHが考えられているが BH 成長の時間を考えるとこれで本当に説明できるのか議論が続いている。一方で超巨大質量星はどのような進化の過程をたどり、どのような最終質量でその一生を終えるかという詳しい計算は存在していなかったが、それの崩壊によって作られたBHを種とするならば成長時間の問題は解決される。そこで我々は急速降着している星の詳しい進化計算を行った。
最終年度には次のような計算結果を得て、それを世界に先駆けて査読雑誌に発表した。急速降着星の運命は降着率に依存し典型的な 値1 Msun/年の場合には星の最終質量は 35 万Msunに達するが水素燃焼時に GR 不安定とならない。 これは降着のエネルギーにより外層が膨らんでおり重力の効果が弱いためと解釈できる。この星の崩壊は、水素燃焼が終わりヘリウム燃焼時に、核の成長にともなう GR 不安定の発生によっておきる。降着率が 0.1Msun/年の場合には最終質量は 12 万 Msunであり GR 不安定は起きない。この場合星の進化は、中心部に形成された鉄核が重力崩壊することにより終わる。降着率を大きくすると同じ質量に達する時間が短くなる。そのため、その時点で中心の核燃焼は相対的に遅れており、また外層の重力収縮も遅れている。後者は重力の効果を相対的に弱め、GR不安定発生時の質量増加につながる。その結果、例えば 10Msun/年の場合 には GR 不安定による崩壊は水素燃焼時に起き、最終質量は 80 万 Msunに達する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] The Final Fates of Accreting Supermassive Stars2016

    • 著者名/発表者名
      H. Umeda, T. Hosokawa, K. Omukai, N. Yoshida
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 830 ページ: L34, L38

    • DOI

      10.3847/2041-8205/830/2/L34

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Gravitational waves from supermassive stars collapsing to a supermassive black hole2016

    • 著者名/発表者名
      M. Shibata, Y. Sekiguchi, H. Uchida, H. Umeda
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 94 ページ: 021501(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.94.021501

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supernova neutrino events relating to the final evolution of massive stars2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshida, K. Takahashi, H. Umeda, K. Ishidoshiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 93 ページ: 123012(1-20)

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.93.123012

    • 査読あり
  • [学会発表] 重力波源となるブラックホールのスピン進化とBZ機構2016

    • 著者名/発表者名
      梅田秀之
    • 学会等名
      日本天文学会2016年秋季年会
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [学会発表] Recent progress in supernova progenitor theories2016

    • 著者名/発表者名
      梅田秀之
    • 学会等名
      International Symposium on Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2016
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-05-11 – 2016-05-13
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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