Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

シミュレーション / ブラックホール連星 / 星団 / 星団形成 / 数値シミュレーション / 分子雲 / N体シミュレーション / 流体シミュレーション / 矮小銀河 / 球状星団 / 近傍銀河 / ブラックホール / 連星 / 銀河

本研究は、銀河中での星団形成シミュレーションを行い、得られた星団の分布と、星団進化シミュレーションから得られた星団での連星ブラックホールの合体率を用いて、宇宙全体における星団起源の連星ブラックホール合体による重力波放出率を理論的に求めることを目的とする。そのために、本研究では、星団の星一つ一つを分解でき、星の軌道をこれまでより高精度で計算できる流体/N体シミュレーションコードの開発を行い、それを用いて星団形成シミュレーションを行った。様々な質量、密度の分子雲での星団形成シミュレーションを行い、それぞれについて、形成する星団の質量分布を得た。

重力波が検出されるようになって以来、ブラックホール連星の合体を起源とする重力波が数多く検出されてきた。ブラックホール連星の形成過程として有力な仮説の一つが、星団内での星の力学的な相互作用である。本研究では、星団の母体となる分子雲とそこから生まれる星団の関係を明らかにしてきた。これまで盛んに行われてきた星団内でのブラックホール連星の形成率や合体率と組み合わせることで、宇宙全体でどの程度の星団起源のブラックホール連星の合体が重力波観測装置で検出されると期待されるか見積もることができる。

星団 / ブラックホール連星 / N体シミュレーション / star cluster / N-body simulation / binary black hole / gravitational wave / numerical simulations / stellar dynamics / star formation / binary stars / stellar multiplicity

We have developed a new N-body code, PeTar. Comparing the previous fastest code, the new code has several significant advantages: 1, For more than 100,000 stars, the performance of the code is much faster; 2. Using the slow-down algorithmic regularization method, it can handle 100 % binary fraction; 3. It has a well-designed user interface with rich data analysis tools; 4. It is modularized, and thus, including new functions from other codes.
By including updated stellar evolution code, BSE, we have investigated how the top-heavy IMF affects the event rate of GWs, we found that GCs with a top-heavy IMF is not efficient to produce GW mergers due to a low density after a strong expansion because of massive stellar wind mass loss. We also found the mass ratio distribution of BBHs is also different from that of GCs with the canonical IMF.
We have also carried out the first N-body models of intermediate massive star clusters with up to 100% binary fractions. We found that only massive primordial binaries can affect the long-term evolution of star clusters, but the effect is weak. This suggests that we can ignore low-mass binaries in the numerical modelling of GCs if we only care about the GW events.
By including PeTar in the hydrodynamical code, ASURA+BRIDGE, we studied how the OB binary affect the star formation of Orion nebular star clusters (ONC). We found the ejection of OB stars significantly affect the HII region in star-forming region, and thus, the binary dynamics affect the formation of multiple stellar population in ONC.

【研究分担者】
斎藤貴之	神戸大学	理学研究科	准教授	(Kakenデータベース)
平居悠	東北大学	理学研究科	JSPS特別研究員(CPD)	(Kakenデータベース)
馬場淳一	国立天文台	JASMINEプロジェクト	特任助教	(Kakenデータベース)