第一原理シミュレーションによる銀河形成過程の解明

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本研究課題は、超高分解能銀河形成シミュレーションから銀河形成過程の詳細を明らかにしようというものである。銀河形成シミュレーションでは、暗黒物質とバリオン(ガスと星)の進化を極めて広いスケールに渡って解き、星形成(sub-pcスケール)から銀河(～100kpcスケール)までを同時に扱う。こうした多階層を効率的に扱うためには、注目するところにより細かい質量/空間分解能をもつ粒子を配置して計算する必要がある。粒子間重力相互作用の計算には、力の特異点を避けるために重力ソフトニングと呼ばれる重力の空間分解能限界となるスケールを導入したプラマーポテンシャルが良く用いられる。重力ソフトニングが粒子によらず一定であれば重力計算高速化法の一つであるツリー法で計算可能であるが、粒子ごとに異なる重力ソフトニングを持つ場合はツリー法をそのまま適用できなかった。私は、ペアの重力相互作用に対してお互いの重力ソフトニングを考慮して対称化した重力ソフトニングを用いることにし、それを用いて粒子群の多重極展開を定義した。多重極展開の精度の観点から、ふさわしい平均化重力ソフトニングの形を発見した。これにより異なる重力ソフトニングをもつ粒子系に対して、一本のツリーを用いて重力計算ができるようになり、重力計算を高速化することに成功した。また、私は自身が開発したシミュレーションコードをもちいて、銀河形成の主要な過程である銀河衝突の超高分解能シミュレーションを行い、そのときに生まれる星団の形成過程について詳細に調べた。その結果、星団は初期に小さな星団ができ、それらが合体により成長する「階層的星団形成過程」を経て形成されるということをはじめて明らかにした。星団が階層的な形成を経るとすると、若い星団は非常に混み合っていること、高い多重星団率、星団の冪的質量関数等の観測的性質を説明しやすい。