宇宙初期における天体形成：大規模構造から星の誕生まで

早期宇宙的天文形成：从大尺度结构到恒星的诞生

基本信息

批准号：
14J02779
负责人：
平野信吾
金额：
$ 1.39万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

第一世代星は宇宙の初期進化において重要な役割を果たすが、未だ観測されておらず理論研究が先行している。星質量は星の一生を左右する重要なパラメータであり、本研究では第一世代星の星質量を明らかにするために、標準宇宙モデルに基づく宇宙論的初期条件から星の誕生までを数値シミュレーションを用いて調べている。前年度は多数の第一世代星を取得して系統的な解析を行うことで、形成過程と星質量の典型的な性質を示した。今年度は系統的調査を拡張するため宇宙論的初期条件の見直しを行い、前年度調べた典型的な第一世代星に対して個数は少ないけれども極めて特徴的な星形成過程を確認した。得られた成果は査読論文1報・国内学会6件・国際学会2件を通して発表している。1. 宇宙論的初期条件は観測的制限のある始原的密度ゆらぎを再現するよう作られるが、第一世代星を形成する小規模ゆらぎは観測解像度以下であるため理論モデルによって補完されている。小スケールゆらぎモデルを変えた場合の宇宙論的初期条件からの第一世代星の形成過程を調べたところ、モデルによって第一世代星の形成時期と星質量が大きく変化した。これは将来観測される小スケールゆらぎがこれまで採用されていたモデルと異なると、宇宙初期の天体形成シナリオが書き換わる可能性を示唆する。2. 近年、宇宙再結合期のバリオン・ダークマター間の速度差が宇宙初期の天体形成を左右する可能性が指摘された。速度差が第一世代星形成に与える影響を宇宙論的氏みゅれーションより調べた。速度差が一定以上あるとダークマターハローへのガス収縮が妨げられて星形成が遅れ、星形成ガス雲の質量が増大する。一方でジーンズ質量は小さいままであり、ガス雲は分裂して初代星からなる星団となる。また極めて大きな速度差の元ではガス雲が大質量・高温となるまで星形成が阻害され、ガス雲全体が重力不安定となって収縮して一つの大質量星となる。

第一代恒星在宇宙早期演化中发挥着重要作用，但尚未被观测到，理论研究正在进行中。恒星质量是决定恒星寿命的重要参数，在本研究中，为了明确第一代恒星的恒星质量，我们基于标准宇宙学模型进行了从宇宙学初始条件到恒星诞生的数值模拟。我们正在调查使用去年，我们获得了大量第一代恒星，并对它们进行了系统分析，展示了形成过程和恒星质量的典型性质。今年，为了扩大我们的系统调查，我们回顾了宇宙学初始条件，确认了一个非常独特的恒星形成过程，尽管前一年调查的典型第一代恒星数量很少。所获得的成果已通过一篇同行评审论文、六次国内会议和两次国际会议发表。 1. 创建宇宙学初始条件是为了在观测限制下再现原初密度涨落，但形成第一代恒星的小尺度涨落低于观测分辨率，因此需要理论模型的补充。当我们改变小尺度涨落模型，从宇宙学初始条件研究第一代恒星的形成过程时，我们发现第一代恒星的形成时间和恒星质量随着模型的不同而发生了显着的变化。这表明，如果未来观测到的小尺度波动与迄今为止使用的模型不同，早期宇宙中物体形成的场景可能会被改写。 2、近年来，有人指出，宇宙重组过程中重子与暗物质的速度差异可能影响早期宇宙天体的形成。使用宇宙学模拟研究了速度差异对第一代恒星形成的影响。如果速度差超过一定程度，气体收缩进入暗物质晕就会受到阻碍，恒星形成就会延迟，恒星形成气体云的质量就会增加。与此同时，金斯的质量仍然很小，气体云分裂成一个主星团。此外，在极大的速度差下，恒星的形成受到抑制，直到气体云达到高质量和高温，整个气体云变得引力不稳定并收缩形成单个大质量恒星。