2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study on binary black hole formation
| Project Area | Gravitational wave physics and astronomy: Genesis |
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17H06360
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大向 一行 東北大学, 理学研究科, 教授 (70390622)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
須佐 元 甲南大学, 理工学部, 教授 (00323262)
町田 正博 九州大学, 理学研究院, 准教授 (10402786)
谷川 衝 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (20550742)
細川 隆史 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30413967)
藤井 通子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90722330)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ブラックホール / 連星形成 / 星形成 / 磁気流体力学 / 輻射流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初代星の形成における磁場の影響はまだよく理解されていない。この研究では、磁場が影響を与える最初の星の形成を調べるために、すべての冷却プロセスと非平衡化学反応を考慮した三次元磁気流体シミュレーションを行った。結果は、磁場が中心コアの熱進化にはほとんど影響を与えないことが分かった。一方、磁気制動は、磁場の初期強度に応じて、角運動量を引き抜き、分裂を抑制することが分かった。また、降着期初期に一般的にみられる円盤分裂について、円盤進化の1次元的準解析的モデルを構築して3次元数値計算と比較した。1次元モデルは3次元計算の特徴をよく再現し、特に中心星より大質量の星周円盤が早期に形成され、分裂に繋がっていることが分かった。
初代星形成環境で発達する乱流の飽和レベルについて研究した。異なる有効断熱指数を用いた解析的議論により、飽和レベルの解析的な公式を導き、かつその結果が数値計算結果と一致することを明らかにした。
初代星形成環境において、ミニハローに非常に弱い磁場が存在している場合、ファーストスター形成時に原始星同士の相互作用と原始星の自転により急速に星周囲の磁場が増幅することが分かった。増幅した磁場はその後の分裂を抑え、少数の大質量星が誕生することを示した。
全金属量の連星進化を調べ、重力波観測で見つかっているブラックホール合体のすべてが孤立連星で説明できることを示した。また我々のモデルの妥当性は、次世代宇宙望遠鏡Euclidによる対不安定型超新星のサーベイで検証できることを明らかにした。
星団の初期の質量関数の冪を変えたN体シミュレーションを行った結果、冪が浅く大質量星が多い場合はより多くのブラックホールができる一方、互いに散乱してしまうため、ブラックホール連星の合体の頻度は低いことがわかった。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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