Realistic modeling of first star cluster formation

第一个星团形成的真实模型

• 批准号: 22K03689
• 负责人: 須佐 元
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Konan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03689/
• 关键词: 初代星形成; 星形成; 数値シミュレーション; 連星合体; 流体力学

本研究では現実的な初代星団（First Star Cluster）での初期質量関数や連星頻度などの物理量を導出することを目指している。初年度は当初現実的な合体条件を用いてミニハロー中のガス雲の収縮・分裂計算を行う予定であったが、まず以下のような研究を遂行した。１）原始星合体条件の決定：現実的な合体条件を確立するためのSPHによる数値計算を行なった。その結果、合体は連星をなす２つの原始星の軌道角運動量が原始星自身の自転角運動量に移行することによって起きることを確かめ、現実的な原始星のモデルでは半径の20% 程度のオーバーラップがあるところまで接近できると合体に至ることがわかった（Kirihara+2023論文投稿中）。２）初代星形成環境での乱流強度の理解：乱流の分裂に対する影響を考慮するために、まず収縮するガス雲で乱流がどのレベルまで発達するのかを数値的・解析的に調べた。その結果、最終的な乱流のマッハ数はガスの有効断熱指数のみで記述できることを明らかにし、ミニハロー中の星形成雲で超音速乱流が発達する明確な物理的説明を得た（Higashi, Susa, Chiaki 2022）。またSPH計算でもシア抑制機構を導入すれば、乱流の発達を十分表現できることもわかった。３）初代星形成環境での円盤分裂の物理：合体条件は過去の研究と同一（シンク半径一定）であるが、有効断熱指数を変えた場合のガス雲の収縮・分裂計算を行い、有効断熱指数によって分裂の様子が著しく変更を受けることがわかった。またこの結果は数値的のみならず解析的にもよく理解できることが明らかとなった。これにより初代星形成環境では小星団が生まれやすいことが理論的に裏付けられた（Susa+2023 論文執筆中）。

In this study, the initial mass and frequency of the First Star Cluster are derived. In the first year, the combination of the existing conditions was carried out in the middle of the calculation. 1) Determination of the original star combination condition: the current combination condition is established, and the SPH is calculated. As a result, the orbital angular motion of the original star in the combination of the two stars is exactly the same as the angular motion of the original star itself. The orbital angular motion of the original star in the combination of the two stars is approximately 20% of the radius of the original star (Kirihara+2023 paper submission). 2) Understanding of turbulence intensity in the initial star formation environment: consideration of the effects of turbulence splitting, cloud contraction, turbulence generation, numerical analysis and adjustment. The results and the final turbulence number are described in detail in the paper. A clear physical explanation of the occurrence of supersonic turbulence is given (Higashi, Susa, Chiaki 2022). SPH calculation and suppression mechanisms are introduced, and turbulence detection and detection are performed. 3) The physics of disk splitting in the initial star formation environment: the combination conditions are the same as those in the past (the radius is constant). The result of this analysis is that it is difficult to understand the value of the solution. The environment for the formation of the first generation of stars is a small one.

项目成果

種族III原始星星周円盤分裂と状態方程式の硬さについて

关于III族原恒星的星周盘分裂和状态方程的硬度

• 发表时间: 2022
• 作者: Higashi Sho;Susa Hajime;Chiaki Gen;須佐 元
• 通讯作者: 須佐 元

Saturation Level of Turbulence in Collapsing Gas Clouds

塌缩气体云中湍流的饱和度

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac9b0c
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Higashi Sho;Susa Hajime;Chiaki Gen
• 通讯作者: Chiaki Gen

近接初代星原始星連星の合体条件

相邻原恒星双星合并的条件

• 发表时间: 2023
• 作者: 桐原 崇亘;須佐 元;細川 隆史;衣川 智弥
• 通讯作者: 衣川 智弥