クェーサーを用いた宇宙初期星形成時期の推定

利用类星体估计宇宙早期恒星形成时期

基本信息

批准号：
10J09422
负责人：
鮫島寛明
金额：
$ 0.9万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

我々の周りに存在する金属は、もともと星の中で形成され、超新星爆発により宇宙空間へばら撒かれたものである。鉄やマグネシウムといった金属が宇宙初期にどのくらい存在していたのかを知ることが出来れば、それらを作った星の情報、特に宇宙で最初に星が生まれたのはいつかという、天文学でもっとも重要な問題の一つについて大きな知見が得られる。そのような研究は主にクェーサーを観測することで進められている。ところがそれらの研究で金属量の指標とされている輝線強度は、ガスに含まれる金属量以外に、密度、乱流速度、輻射場の強さ、降着円盤のガス降着率などにも大きく依存することが理論計算から指摘されている。このため、輝線強度から正しく化学組成を得るためには、まずガスに働く物理を調べ、組成比以外の物理量による輝線強度への影響を見積もり、補正する必要がある。そこで本年度は、昨年度に引き続き大量のクェーサースペクトルを解析することにより、輝線を放射するガスの物理を調べた。昨年度利用したSDSSアーカイブは新たにデータが更新され、クェーサーについても大量のスペクトルが追加された。そこで、これらの新しく加えられたサンプルについて昨年度と同様の解析を行った。その結果、昨年度発見したガス柱密度とエディントン比の間の相関が、新たなサンプルについても成り立っていることを確認した。以上から、クェーサーの広輝線領域では、エディントン比の大きさによってガスに働く輻射圧の大きさが決まり、それに応じてガスの柱密度が変化し、輝線強度も変化するという描像を提案した。このように輝線強度に与えていると考えられるエディントン比に関してその影響を補正することで、より正確と考えられるガスの化学組成を推定することに成功した。その結果、宇宙で最初に星が生まれたのは、ビッグバン後少なくとも3億年経過した後であるという結論を得た。

我们周围存在的金属最初是在恒星内部形成的，并在超新星爆炸期间散布到太空中。如果我们能够了解早期宇宙中存在多少铁和镁等金属，我们将能够获得有关形成它们的恒星的信息，特别是第一批恒星在宇宙中诞生的时间，也就是宇宙中诞生的时间。天文学中最重要的问题，您可以获得有关其中一件事的丰富知识。此类研究主要是通过观测类星体来进行的。然而，在这些研究中用作金属含量指标的发射线的强度不仅取决于气体中所含金属的量，还取决于密度、湍流速度、辐射场强度和吸积盘中的气体吸积率已经由理论计算指出。因此，为了从发射线强度正确地获得化学成分，首先需要研究作用于气体的物理量，估计并校正成分比以外的物理量对发射线强度的影响。因此，今年我们继去年之后，通过分析大量的类星体光谱，研究了发出发射线的气体的物理现象。去年使用的SDSS档案已更新了新数据，并添加了大量类星体光谱。因此，我们对这些新增样本进行了与去年相同的分析。结果，我们证实去年发现的气柱密度和爱丁顿比之间的相关性对于新样本也成立。基于上述，我们提出了这样一种图景，在类星体的宽发射线区域，作用在气体上的辐射压力的大小由爱丁顿比的大小决定，气柱密度随之变化，并且发射线强度也发生变化。通过校正爱丁顿比的影响（被认为对发射线强度有影响），我们成功地更准确地估计了气体的化学成分。结果，他们得出结论，宇宙中第一批恒星是在大爆炸后至少 3 亿年形成的。