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最遠方宇宙における超大質量ブラックホールの形成シナリオの確立

建立最遥远宇宙中超大质量黑洞形成的情景

基本信息

批准号：
11J00838
负责人：
稲吉恒平
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J00838/
关键词：
超大質量ブラックホール

项目摘要

太陽の1億倍以上の質量をもつ超大質量ブラックホールが、赤方偏移が7を越えるような宇宙初期にも存在する事が観測から明らかになってきた。特に、宇宙初期の超大質量ブラックホールは短時間で形成される必要があるため、その起源に理論的に強い制限が加わる。そのような背景の下で、宇宙初期に形成される超大質量星(太陽の10万倍以上の質量を持つ星)の形成過程の解明が重要となる。平成23,24年度に超大質量星を形成する母体となる巨大ガス雲形成(星形成の初期段階)の研究と、そのガス雲の崩壊により形成される原始星の進化・成長(星形成の後期段階}に関する研究を行ってきた。25年度はまず原始星の進化・成長に関する研究を進めた。これまでは、原始星の質量が1000Msunまでの構造や安定性を議論していたが、さらに超大質量原始星の質量が10^5Msunを越えるところまで進化計算を行い、前年度に開発した星の安定性解析を行った。そして、超大質量星が10^5Msunを越えるところまで安定に成長することができ、宇宙初期のSMBHの種に進化することが分かった。続いて、実際にガス雲が重力崩壊して原始星を形成するまでの過程を調べる研究に取り組んだ. この研究はこれまで行ってきた星形成の前期・後期段階を結ぶ研究になり、超巨大ブラックホール形成の理論モデルのミッシングリンクとなる最重要課題である。本研究では3次元流体シミュレーションを行い、超大質量ガス雲の重力崩壊、そして最終的に形成される原始星の性質を調べた。重力崩壊していくガスの分裂過程はガスの熱進化に強く依存するため、私は超大質量ガス雲の進化に重要な影響を与える冷却過程と化学反応を全て考慮した。結果、ガス雲の中心部は高温を保ちながら激しい分裂は起こさずに重力崩壊することが分かった。最終的には中心に原始星を形成し、その原始星は激しい降着(>1.0Msun/yr)により成長することが分かった。この原始星はこのまま質量を増加させて超大質量星に進化すると期待される。

More than 100 million times the mass of the sun, the ultra-large mass of the sun, the red square offset of the sun, the existence of the early universe, the existence of the sun, the existence of the sun. In particular, the ultra-large mass of the universe in the early days of the universe was formed in a short period of time, and the strong restrictions on the theory of its origin have become more and more severe. It is important to understand the formation process of supermassive stars (stars with masses more than 100,000 times that of the Sun) in the early universe. A study on the formation of supermassive stars in 23 and 24 years and on the evolution and growth of primitive stars in the early stages of star formation. 25 years of research on the evolution and growth of primitive stars The structure and stability of the original star with a mass of 1000Msun are discussed. The evolution calculation of the supermassive original star with a mass of 10^5 Msun is carried out. The stability analysis of the original star in the previous year is carried out. The evolution of SMBH in the early universe The study of the process of gravitational collapse of clouds and the formation of primitive stars is based on the study of the structure of clouds. The most important topic of this research is the study of the early and late stages of star formation and the theory of supergiant star formation. In this paper, we study the properties of primitive stars in the process of three-dimensional fluid evolution, gravitational collapse of supermassive clouds, and final formation. The splitting process of gravitational collapse is strongly dependent on the thermal evolution of clouds, and the evolution of supermassive clouds has important effects on the cooling process and chemical reactions. As a result, the central part of the cloud is protected by high temperature and separated by gravity. Finally, the center of the original star is formed, and the original star is excited to fall (>1.0Msun/yr). The evolution of supermassive stars is expected to increase in mass.