初代銀河と天の川銀河における初代星質量分布の理論的構築

主星系和银河系主恒星质量分布的理论构建

• 批准号: 21K13960
• 负责人: 平野 信吾
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13960/
• 关键词: 天文学; 宇宙物理学; 数値シミュレーション; 星形成; 第一世代星; 磁気流体シミュレーション; 理論天文学; 宇宙物理; 磁気流体; 宇宙の大規模構造; 超大質量ブラックホール; 初期宇宙

本研究では、初代銀河を構成する初代星の物理的特徴を解明するため、数値シミュレーションを用いて初代星の形成過程を調べている。今年度は、初代星形成における(1)磁気効果と(2)初期宇宙の相対速度流の影響を調べた。(1)これまでの研究より、様々な物理過程を組み込んだ理論モデルが構築され、標準的な初代星の形成シナリオが提示されている。一方、磁気効果の影響は考えられてきたが、初代星形成に影響を及ぼすかは未解明のままだった。我々は3次元磁気流体シミュレーションを行い、特に原始星形成後の降着段階における磁気効果について調べた。その結果、初代星形成においては通常の星形成とは異なる磁場増幅過程が出現することが分かった。この増幅によって初代星形成において磁気効果の影響は無視できないほど強くなり、初代星の星質量分布を左右する。これは初代星形成をモデル化する際に磁気効果を無視できないことを意味する。(2)初期宇宙において、暗黒物質と通常の物質の間には相対速度差が存在し、宇宙の領域毎に異なる。暗黒物質の重力によって通常の物質が集められた領域で初代星は誕生することから、相対速度流が大きい領域ほど初代星の形成は遅れ、その星質量分布も変化することが指摘されている。今回、相対速度流による星質量分布の影響を調べるため、120モデルのパラメタサーベイシミュレーションを実施した。その結果、標準的には1つの初代星が形成するところ、宇宙全体の8.1%の領域における相対速度流の下では複数の初代星が形成することがわかった。今回調べた中では最大25の初代星が同時に形成した。今年度は査読論文3編を発表し、国内学会6件・国際学会1件にて学会発表を行った。

在这项研究中，我们利用数值模拟来研究主恒星的形成过程，以阐明构成主星系的主恒星的物理特征。今年，我们研究了早期宇宙中（1）磁效应和（2）相对速度流对主恒星形成的影响。 （1）根据以往的研究，构建了包含各种物理过程的理论模型，并提出了主恒星形成的标准情景。另一方面，虽然已经考虑了磁效应的影响，但仍不清楚它们是否影响主恒星的形成。我们进行了三维磁流体动力学模拟并研究了磁效应，特别是在原恒星形成后的吸积阶段。结果发现，在初级恒星形成过程中，出现了与正常恒星形成不同的磁场放大过程。这种放大使得磁效应的影响如此之大，以至于在第一颗恒星的形成过程中不可忽视，并且它影响着第一颗恒星的恒星质量分布。这意味着在模拟初级恒星形成时不能忽略磁效应。 （2）在早期宇宙中，暗物质和正常物质之间存在相对速度差异，这种差异在宇宙的每个区域都不同。由于第一代恒星诞生于正常物质因暗物质引力而聚集的区域，因此有人指出，在相对速度流较大的区域，第一代恒星的形成被推迟，恒星质量分布发生变化。此次，我们对120个模型进行了参数勘测模拟，研究相对速度流对恒星质量分布的影响。结果，他们发现在 8.1% 的宇宙中，多个主恒星在相对速度流下形成，而通常情况下只有一个主恒星形成。在这项研究中，多达 25 颗主恒星同时形成。今年，我们发表了三篇同行评审论文，并在六场国内会议和一场国际会议上做了报告。

项目成果

ALMA Observations toward the S-shaped Outflow and the Envelope around NGC 1333 IRAS 4A2

ALMA 对 S 形流出物和 NGC 1333 IRAS 4A2 周围包络线的观测

• DOI: 10.3847/1538-4357/abfdbb
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Chuang Chen-Yu;Aso Yusuke;Hirano Naomi;Hirano Shingo;Machida Masahiro N.
• 通讯作者: Machida Masahiro N.

Crescent-shaped Molecular Outflow from the Intermediate-mass Protostar DK Cha Revealed by ALMA

• DOI: 10.3847/1538-4357/acb930
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Naoto Harada;K. Tokuda;Hayao Yamasaki;Asako Sato;Mitsuki Omura;S. Hirano;T. Onishi;K. Tachihara;M. Machida

Chemical and Physical Characterization of the Isolated Protostellar Source CB68: FAUST IV

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac77e7
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: M. Imai;Y. Oya;B. Svoboda;H. Liu;B. Lefloch;S. Viti;Yichen Zhang;C. Ceccarelli;C. Codella;C. Chandler;N. Sakai;Y. Aikawa;F. Alves;N. Balucani;E. Bianchi;M. Bouvier;G. Busquet;P. Caselli;E. Caux;S. Charnley;S. Choudhury;N. Cuello;M. D. Simone;F. Dulieu;Aurora Durán;L. Evans;C. Favre;D. Fedele;S. Feng;F. Fontani;L. Francis;T. Hama;T. Hanawa;E. Herbst;S. Hirano;T. Hirota;A. Isella;I. Jímenez-Serra;D. Johnstone;C. Kahane;R. Le Gal;L. Loinard;A. López-Sepulcre;L. Maud;M. Maureira;F. Ménard;S. Mercimek;A. Miotello;G. Moellenbrock;S. Mori;N. Murillo;Riouhei Nakatani;H. Nomura;Y. Oba;R. O’Donoghue;S. Ohashi;Y. Okoda;J. Ospina-Zamudio;J. Pineda;L. Podio;A. Rimola;T. Sakai;D. Segura-Cox;Y. Shirley;V. Taquet;L. Testi;C. Vastel;N. Watanabe;Yoshimasa Watanabe;A. Witzel;C. Xue;B. Zhao;S. Yamamoto

Simulations Suggest Magnetic Fields Made the First Stars Form Solo

模拟表明磁场使第一批恒星形成单独存在

• 发表时间: 2022
• 作者: 平野信吾;相川祐理;町田正博;平野信吾;平野信吾
• 通讯作者: 平野信吾

初代星の形成過程・質量分布のサーベイ・シミュレーション

主恒星形成过程和质量分布的调查与模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 平野信吾;相川祐理;町田正博;平野信吾;平野信吾;平野信吾
• 通讯作者: 平野信吾