2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16H05996
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
細川 隆史 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30413967)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 宇宙初期天体 / 超巨大ブラックホール / 種族III星 / 電離領域 / 大質量星 / 数値シミュレーション / 金属欠乏星 / 降着円盤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初期宇宙で実現するような低金属量環境下での大質量星形成過程について、理論研究を計画どおりに遂行した。これは宇宙最初のいわゆる初代星の形成と、銀河系で観測される大質量星の形成との中間にあたり、中間的な低金属の環境を考えることで両者を包括的に理解することが可能になる。
まず、初代星の形成で支配的と考えられている、原始星からのUV光によるフィードバック効果が銀河系の星形成でどのような効果があるか2次元数値シミュレーションを用いて調べた(Kuiper & Hosokawa 2018)。この結果、UV光のフィードバックは重元素量が多い銀河系では初期宇宙とは全く逆の役割を果たし、実は原始星へのガス降着を促進する役割があることがわかった。これは、銀河系ではダスト粒子にはたらく輻射圧のフィードバックが支配的である上で、UV光フィードバックがあるとガスを円盤の陰になっている部分へ押しやり、輻射圧の効果が効きづらくなるためと解釈できる。このことは、フィードバック効果の役割が定性的に金属量によって変化することを強く示唆している。これを確かめるため、まず低金属量の元でどのフィードバック効果が支配的か準解析的なモデルによって調査し(Tanaka et al. 2018)、さらに数値シミュレーションを用いて調べている(Fukushima et al. 2018; 2019 in prep.)。このときのコードは、我々が同じく低金属量の環境での原始惑星系円盤の光蒸発過程を計算するために開発したコード(Nakatani et al. 2018)を応用した。さらに、この手法を転用して低金属量環境でのブラックホールへの急速ガス降着の研究も進めた(Toyouchi et al. 2018)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
宇宙最初の初代星形成と、銀河系での大質量星形成の関係に迫るべく、UV光と輻射圧のフィードバックの相互作用について最初の数値シミュレーションを遂行することができた。研究目的は初代星と銀河系での大質量星形成の包括的な理解を目指しているため、そのための第一歩を着実に踏み出すことができたと言える。さらにこれを足がかりに実際に低金属量での大質量星形成の系統的な多次元計算を進めておりこれも計画のとおりである。多次元計算に進むとガス雲の回転強度等、進化を左右する新しいパラメータが登場するため、この依存性をさらに系統的に調べるなど研究を広げることができる。最終的にはこれを3次元計算にまで拡張し、連星や星団の形成過程の研究にまで至ることを目標にして、研究を進める道筋をつけることができた。更にこの大質量星形成の研究と並行して、やはり同じく金属量の大小に着目して原始惑星系円盤の光蒸発過程、ブラックホールへのガス降着過程の研究を展開することもできた。これらの研究はテーマとしては分かれているが、現象としては定性的に同じ点と異なる点が両方ある。こうした相違点を考えながら研究を進めることで、さらに各研究への理解が深まるといったよい効果を得ることもできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後もこれまでの進展をさらに展開させ、計画に基づいて更に研究を進めていく方針である。まず、主目的である低金属量での大質量星形成については、すでに金属量をゼロから太陽金属量まで幅広く振った2次元の数値シミュレーションを系統的に行っており、この結果をまとめて出版することを第一の目標として進める。計算の初期条件として(1)宇宙論的な大規模構造形成シミュレーションで得られた始原星形成ガス雲を用いることで初代星形成との関係を明らかにする。このとき、有限の重元素量を付加し、その量をパラメータとすることで初期宇宙の大質量星形成において金属量の大小がどのような効果をもたらすか明らかにすることができる。一方で、(2)銀河系の大質量星形成の計算で用いられるようなやや理想的な構造のガス雲を初期条件とする研究も進める。この場合はガス雲の質量や回転強度をフリーパラメータとして、進化がこれらにどのように依存するか系統的に調査する。これらの(1)(2)の両設定の計算を実施することによって、初代星形成、銀河系の大質量星形成、それに低金属量下での大質量星形成と各々全てを系統的に理解することが可能になる。
さらに、これと並行してブラックホールへのガス降着の研究もさらなる展開を目指す。より現実的な設定として、星間物質中を有限の速度で移動するブラックホールへのガス降着を考える。これは状況としては銀河合体直後の巨大ブラックホールを想定している。このときはガスからの力学的摩擦がブラックホールに働いて2つのブラックホール間の距離が縮まり、ブラックホール連星が形成されることが考えられているが、このときの効率はブラックホール近傍のガス降着流構造に依存する。これは当然フィードバック効果の影響を受けるため、重元素量の大小によってどのような依存性があるか数値シミュレーションによって明らかにする。
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