超巨大ブラックホールの起源　―ブラックホール質量は如何にして決まるか―

超大质量黑洞的起源 - 黑洞质量是如何确定的？

基本信息

批准号：
15J08816
负责人：
櫻井祐也
金额：
$ 1.79万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J08816/
关键词：
超巨大ブラックホール初期宇宙星団形成 N体シミュレーション宇宙の構造形成星の合体超巨大ブラックホール起源ブラックホール物理超臨界降着流体シミュレーション輻射輸送星形成星の進化直接崩壊モデル超大質量星種ブラックホール形成輻射フィードバック

项目摘要

平成２９年度は、初期宇宙の超巨大BH の種となるBH が形成される過程として高密星団中での星の暴走的衝突合体モデルに着目した。この過程による星団内での大質量星形成・種BH 形成の宇宙論的に一貫した研究は少ない。実際にこの暴走的衝突モデルによる種BH 形成が確からしく起きるかどうかを数値シミュレーションで直接的に示した例はKatz et al. (2015) の１例だけであり、モデルの有効性について議論の余地がある。特にKatz et al. (2015) ではミニハロー内で形成される星団にのみ着目していたため、より重い原始冷却ハローで形成される星団において星の暴走的衝突が起きるか否かは明らかになっていない。そこで本研究では、宇宙の初期密度ゆらぎから原始冷却ハローができ、高密星団ができて大質量星・種BH が形成するまでの過程を、宇宙論的シミュレーションと星団力学のN 体シミュレーションを組み合わせて追った。まず、宇宙論的シミュレーションによって宇宙の初期条件から物質の密度進化を追い、赤方偏移10-20程度で異なる８個の原始冷却ハローを同定した。この原子冷却ハロー内で星団が形成されると想定し、星形成効率と星の質量関数を仮定してN体シミュレーションの初期条件である星の空間分布を生成した。これらの星団それぞれについてN体シミュレーションによる星団力学進化を追ったところ、全ての星団で星の暴走的衝突が確からしく起きることを示し、400-1900太陽質量程度の大質量星・種BH が形成されることを示した。

2017年，我们重点研究了致密星团中恒星失控碰撞和合并的模型，这是早期宇宙中超大质量黑洞的种子形成的过程。对于通过这一过程在星团内形成大质量恒星和种子 BH 的形成，几乎没有宇宙学上一致的研究。只有 Katz 等人（2015）通过数值模拟直接证明了使用这种失控碰撞模型是否可能发生种子 BH 的例子，并且该模型的有效性存在争议。特别是，Katz 等人（2015）仅关注迷你晕内形成的星团，因此尚不清楚恒星的失控碰撞是否发生在较重的原始冷却晕内形成的星团中。因此，在本研究中，我们结合宇宙学模拟和星团动力学的N体模拟来考察宇宙从初始密度涨落到原始冷却晕形成、致密星团形成以及恒星形成的过程。巨大的恒星/物种 BH。首先，通过使用宇宙学模拟来追踪宇宙初始条件下物质的密度演化，他们确定了八个原始冷却晕，其红移差异约为 10-20 度。假设星团是在这个原子冷却的光环内形成的，我们通过假设恒星形成效率和恒星质量函数，生成了恒星的空间分布，这是 N 体模拟的初始条件。当我们使用 N 体模拟跟踪每个星团的星团动力学演化时，我们发现所有星团中都可能发生恒星的失控碰撞，导致形成约 400 个大质量恒星/种子 BH -1900 个太阳质量。