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。

在2017年，我们专注于高密度恒星簇中恒星的失控碰撞模型，作为在早期宇宙中BH（这是Ultra-Giant BH物种）的过程。通过此过程，在宇宙学上对大规模恒星形成和物种BH形成的研究很少。数值模拟的一个例子直接显示了物种BH的形成是否确实是由于这种失控的碰撞模型的准确引起的，Katz等人。（2015年）是直接解释物种BH形成是否确实正确的一种情况，并且该模型的有效性是辩论的。特别是Katz等。（2015年）仅专注于迷你晕圈中形成的星形簇，因此尚不清楚恒星的失控碰撞是否发生在由较重的原始冷却光环形成的恒星簇中。在这项研究中，我们遵循了从宇宙中的初始密度波动到原始冷却光环的形成，高密度恒星簇的形成以及使用宇宙学模拟和恒星群集机制的N体模拟的大质量恒星BH的形成。首先，通过宇宙学模拟，我们遵循了物质从宇宙的初始条件的密度演变，并确定了八个原始冷却光环，而红移约为10-20。假设将在此原子冷却光环中形成星团，则假设恒星形成效率和恒星质量功能，则生成恒星的空间分布，这是N体模拟的初始条件。当我们使用这些星团的每个恒星簇使用N体仿真的恒星簇动力学演变时，我们表明恒星在所有恒星簇中发生失控的碰撞，表明大质量恒星BH在400-1900太阳能群左右形成。