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2015 年度 実施状況報告書

銀河円盤内での星団形成過程と星団のバリエーションの起源の解明

研究課題

研究課題/領域番号 26800108
研究機関東京大学

研究代表者

藤井 通子  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90722330)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード星団 / 星団形成 / 大質量星団 / N体シミュレーション / 流体シミュレーション / 銀河円盤
研究実績の概要

本研究の目的である銀河円盤内のバーや渦状腕の運動を受けての分子雲での星団形成を取り扱えるように、東京工業大学の斎藤貴之博士のN体/流体計算コード「ASURA」を改良した。ASURAに既に入っているガスの銀河内の遠紫外線によるフィードバック、冷却関数や星からのフィードバック(水素ガスの電離)、ガスの冷却関数の組み合わせをテストし、より良い仮定を調べた。星形成条件に関してもいくつかのパターンを試し、これまで使用していた星形成の条件(局所的な密度から得られるガスの自由落下時間あたりの星形成効率を一定として、星形成効率に応じてランダムにガス粒子から星粒子に変化させる)を用いて、観測結果を再現(全体で星形成効率1~数%、高密度領域で30%程度)できることを確認した。また、平成26年度から行ってきた、星団形成シミュレーションの結果、主に、初期条件と形成する星団の関係をまとめ、論文として出版した(Fujii & Portegies Zwart 2015, MNRAS, 449, 1, 726; Fujii 2015, PASJ, 67, 4, id.5910; Fujii & Portegies Zwart 2016, ApJ, 817, 1, id.4)。
同時に、平成28年度以降に行う予定のシミュレーションに向けて、銀河の初期条件について検討した。最適な初期条件を見つけるためには、銀河全体のシミュレーションが必要となるが、計算コストを減らすため、まずはガスを含めず、ダークマターと星のみで銀河円盤を再現し、N体シミュレーションを行った。銀河円盤、バルジ、ダークマターハローのパラメータを様々に変えて、天の川銀河に近いバーや渦状腕構造を再現できるパラメータ範囲を特定した。

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

コードの開発はおおむね予定通りに進んでいる。平成27年度に本来予定していた、星団の高精度積分法を流体コード「ASURA」に組み込む作業がまだ完全には終了していないが、銀河円盤の初期条件の検討については、平成28年度に行う予定の内容を前倒しで行った。
また、平成27年度内に、これまでの研究結果を3つの論文にまとめ出版することができた。

今後の研究の推進方策

平成28年度は、高精度N体計算コードの流体計算コード「ASURA」への組み込みをまず完了させる。平成27年度に検討した天の川銀河モデルを用いて、銀河全体をダークマター、星、ガスでモデル化する。平成28年度は、銀河全体を粗い分解能で計算した後で、銀河円盤全体ではなく、一部の渦状腕のみにガスを入れて高分解能で再計算をし、渦状腕の運動を受けて分子雲が衝突し、星団形成が形成する様子をシミュレーションから調べる。計算時間は10-50Myrとし、星団が形成し、フィードバックによってガスが取り除かれるまでを計算する。シミュレーションの結果から、普通の散開星団と大質量星団の形成条件の違いを明らかにする。円盤の古い星の星一つ当たりの質量を100太陽質量程度とし、新しく形成する星については、0.1-100太陽質量を初期質量関数に従うように設定する。
平成29年度は、計算範囲を銀河円盤全体に拡大する。さらに、天の川銀河の祖先を仮定して、初期条件では円盤のガスの割合を現在の天の川銀河より高く設定する。このような初期条件からは、重力不安定からガスクランプが形成し、その中では大質量の星団が形成すると考えられている。赤方偏移1ー2でガスクランプを多く持つクランプ銀河が観測されているが、このような銀河は天の川銀河の祖先としては質量が大きすぎる。本研究では、天の川銀河の祖先として考えられるような質量の銀河を高分解能で星団まで分解することで、天の川銀河の進化を明らかにするとともに、これから観測が進むであろう天の川銀河の祖先が、今後の観測でどのように見えるかを示せす。

次年度使用額が生じた理由

平成26年度10月から、平成27年度4月末までの間、産休・育休を取得したため、平成27年度には、平成26年度の後期に使用できなかった分と当初予定していた平成27年度分を合わせた所要額があったが、その後、実施期間を1年延長し、当初平成28年度で終了予定の計画が平成29年度に延長された。そのため、全体として、研究費の使用が延長前の予定と比べて遅れている。今後は、当初予定の平成28年度分と次年度使用額を合わせた額で、平成28年度、平成29年度の2年間の研究を、実施期間延長後に改めて提出した今後の予定に従って進めていく。

次年度使用額の使用計画

平成28年度の計画 物品費:50万円(ファイルサーバ等) 旅費:50万円 その他:20万円(論文出版費用)
平成29年度の計画 物品費:20万円(コンピュータ関連機器) 旅費:60万円 その他:20万円(論文出版費用)

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Leiden Observatory(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      Leiden Observatory
  • [雑誌論文] The Formation and Dynamical Evolution of Young Star Clusters2016

    • 著者名/発表者名
      Fujii, M. S. and Portegies Zwart, S.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 817 ページ: id. 4

    • DOI

      10.3847/0004-637X/817/1/4

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Astrophysical site(s) of r-process elements in galactic chemodynamical evolution model2016

    • 著者名/発表者名
      Hirai, Yutaka; Ishimaru, Yuhri; Saitoh, Takayuki R.; Fujii, Michiko S.; Hidaka, Jun; Kajino, Toshitaka
    • 雑誌名

      The 13th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies (OMEG2015)

      巻: 109 ページ: id.02001

    • DOI

      10.1051/epjconf/201610902001

  • [雑誌論文] The initial mass function of star clusters that form in turbulent molecular clouds2015

    • 著者名/発表者名
      Fujii, M. S. and Portegies Zwart, S.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 449 ページ: 726-740

    • DOI

      10.1093/mnras/stv293

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation of young massive clusters from turbulent molecular clouds2015

    • 著者名/発表者名
      Fujii, M. S.
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 67 ページ: id.5910

    • DOI

      10.1093/pasj/psu137

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enrichment of r-process Elements in Dwarf Spheroidal Galaxies in Chemo-dynamical Evolution Model2015

    • 著者名/発表者名
      Hirai, Yutaka; Ishimaru, Yuhri; Saitoh, Takayuki R.; Fujii, Michiko S.; Hidaka, Jun; Kajino, Toshitaka
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 814 ページ: id. 41

    • DOI

      10.1088/0004-637X/814/1/41

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] The formation and dynamical evolution of star clusters2016

    • 著者名/発表者名
      藤井通子
    • 学会等名
      国立天文台天文シミュレーションプロジェクト平成27年度ユーザーズミーティング
    • 発表場所
      国立天文台(岩手県水沢市)
    • 年月日
      2016-01-28 – 2016-01-29
  • [学会発表] Can globular clusters bring millisecond pulsars in the Galactic center?:Tidal disruption of star clusters in the Galactic center2016

    • 著者名/発表者名
      藤井通子
    • 学会等名
      特別推進研究研究会・宇宙線研究所共同利用研究会「高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2015」
    • 発表場所
      東京大学(茨城県柏市)
    • 年月日
      2016-01-13 – 2016-01-14
    • 招待講演
  • [学会発表] The formation and dynamical evolution of young star clusters2015

    • 著者名/発表者名
      Fujii, M
    • 学会等名
      MODEST-15S
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-12-07 – 2015-12-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The Origin of the Mass Function of Star Clusters2015

    • 著者名/発表者名
      Fujii, M.
    • 学会等名
      XXIX IAU General Assembly, FM18: Scale-free processes in the universe
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center、ホノルル、アメリカ
    • 年月日
      2015-08-12 – 2015-08-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of young massive clusters from turbulent molecular clouds2015

    • 著者名/発表者名
      Fujii, M. and Portegies Zwart, S.
    • 学会等名
      IAUS 316: Formation, evolution, and survival of massive star clusters
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center、ホノルル、アメリカ
    • 年月日
      2015-08-11 – 2015-08-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of intermediate-mass black holes in star clusters2015

    • 著者名/発表者名
      Fujjii, M.
    • 学会等名
      Max's 4 questions in X-ray astronomy to be addressed with ASTRO-H
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-07-31
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 国立天文台理論研究部 Research Highlights

    • URL

      http://th.nao.ac.jp/research.html

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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