談話会
Colloquium

Kazuyuki Sugimura (Univ. of Maryland)
Formation of multiple Pop III stars under radiation feedback
Population III (Pop III) stars, forming as the first generation objects in the history of the Universe, bring an end to the dark age of the Universe and pollute the pristine intergalactic medium with heavy elements. Based on recent theoretical studies, there is general agreement that the typical mass scale of Pop III stars is larger than ordinary stars. However, although most massive stars are found in binary or multiple systems in local observations, we know little about the multiplicity and other related properties of Pop III stars. In this talk, I will present the result of our radiation hydrodynamics simulations in which we observe that Pop III stars generally form as massive multiples. For the first time, we self-consistently follow the multiple Pop III star formation under radiation feedback from cosmological initial conditions. For this purpose, we have developed a new code from an adaptive mesh refienement (AMR) self-gravitational magneto-hydrodynamics code, SFUMATO, by adding modules for ray tracing of radiation from Pop III proto-stars and for primordial-gas chemistry and thermodynamics. I will also discuss important physical processes in multiple Pop III star formation, as well as a possible link to observations such as gravitational wave events due to BH mergers.

大本 薫 (東北大学)
補償光学装置の焦点面像を用いた非共通光路収差の推定
補償光学を用いた高空間分解能観測において、波面測定を行う波面センサー側と観測用カメラ側に光が分割された後の非共通光路で生じる波面収差は、空間分解能を低下させる要因として問題となる。この波面収差は光学設計に起因するだけでなく、光学素子の研磨やコーティングに起因する歪みによっても生じる。可変形鏡による補償の際に、非共通光路の波面収差は収差による影響を打ち消すような補償を常時加えることで解消することが出来るが、その波面収差は観測用カメラで得られる焦点面像から位相収差を推定する必要がある。ここで、非共通光路の波面収差は準静的であり、較正用光源を用いた事前の測定で決めることが出来る。本研究ではゼルニケ多項式に基づく波面収差とそれによる焦点面像を、検出器のサンプリングや雑音を考慮した光学シミュレーションで作成し、焦点面像の収差の位相推定を行った。Gerchberg-Saxtonアルゴリズムやそれに位相ダイバーシティの情報を加えたアルゴリズムなど４つの推定法について収差の推定誤差の評価を行い、収差の大きさに関わらずもっとも安定した推定結果を与えるのはGerchberg-Saxton アルゴリズムと位相ダイバーティの情報を加えたアルゴリズムであるという結果を得た。今後はSCExAOやIRCSでの非共通光路による収差の推定を行う。

木村 大希 (東北大学)
遠方銀河団銀河の形態と星形成活動減衰の関係について
銀河形成論において、銀河がどのように星形成活動を減衰させていくかについては未解明である。しかし、これまでの観測結果から、銀河の星質量に起因したものや、形態に起因したものなど様々なプ ロセスが示唆されている。また、近傍宇宙では、周囲の環境が銀河個々の質量や形態に影響を及ぼしながら、星形成活動にも影響を 与えることが分かっている。しかし、遠方宇宙に関しては、そのような環境効果について未解明である。特に、分解能の制約から、形態、環境、星形成の関係についてはほとんど分かっていない。 そこで、私は、赤方偏移 z-1.5 における銀河団銀河の星形成活動性と銀河形態の関係について調べた。比星形 成率を星形成活動性の指標とし、銀河形態には Hubble Space Telescope(HST) の H バンドの画像に対して経験則的なセルシックモデルを当てはめ、そのモデルのパラメーターを指標とした。銀河の典型的なサイズや、中心集中度などがそのパラメータに含まれる。静止波長 UVJ バンドの色指数を元に同定した星形成銀河に着目すると、同じ質量で比較してサイズの小さい銀河ほど低い星形成活動性を示していることが分かった。比較対象として、同じ時代の銀河数密度が低い領域 (field) に対して同様の解析を行った結果、統計的には、銀河団サンプルの方がより強い相関を示すことが分かった。field では銀河全体のサイズは星形成の活動性と一意的な相関を持たないという報告がなされているが、今回の解析により銀河団という銀河が密集した領域では、強くはないが一意的な相関を持つ可能性があることが示された。セルシックインデックスに関しては星形成の活動性と強い相関を持つという傾向は得られなかった。一方、有効半径内の質量表面密度や、中心 1kpc 内の質量密度は星形成活動と強い相関を持ち、ある密度を境に急激に星形成活動が減衰することが分かっている (whitaker et al. 2017)。銀河団サンプルに対しても同 様の密度を推定したところ、星形成銀河についてはどちらの密度においても強い相関を持つことが確認できた。しかし、先行研究で見られたような急激な折れ曲がりは確認できなかった。現時点ではサンプル数の制限に依るものか、環境効果に依るものか断定することはできない。仮に環境効果が由来しているとすれば、ガスの剥ぎ取りなどにより、中心のバルジが十分に成長する前に星形成活動の減衰が始まっている可能性もあるかもしれない。

Ryosuke Hirai (Oxford U.)
The multiple eruptions of Eta Carinae
Eta Carinae is one of the most extraordinary stars known in our galaxy, having many peculiar properties. One of the most prominent features is that it is surrounded by bipolar lobes called the Homunculus nebula. This nebula originated from the Great Eruption in 1844 that was visible to the naked eye. It is also known that Eta Car had other small eruptions centuries before the Great Eruption, where smaller ejectiles were emitted with ~300 year intervals. Eta Car today has extremely strong winds reaching mass-loss rates of Mdot~10^{-3}Msun/yr, which interacts with the wind from a companion star that orbits on a 5.5 yr period. Many attempts have been made to understand the formation of Eta Car and its many peculiar properties, but most models have failed to explain all features self-consistently.
Here we propose a new scenario starting with a hierarchical triple system. The system becomes unstable after mass-transfer in the inner binary and reaches large eccentricities. Each periastron interaction peels material off the primary star and ejects them, creating the outer ejecta. Then the instability eventually triggers a merger, leading to the Great Eruption and formation of a bipolar nebula. In this talk I will show results of 2.5D hydrodynamical simulations of a stellar merger and show that it can closely reproduce the observed Homunculus nebula. I will also discuss how close periastron encounters in triple systems can reproduce the Outer ejecta via n-body simulations. Stellar mergers in triple systems are probably not as rare as previously considered. Understanding the formation of Eta Carinae helps us understand the formation and evolution of LBVs in general, and possibly many other peculiar objects involving mergers.

岡田 航平 (東北大学)
三次元非等温円盤におけるタイプ１惑星移動
現在まで４千個以上もの太陽系外惑星が発見されており、太陽系のような惑星系が宇宙に普遍的に存在していることがわかってきた。一方、惑星形成理論については未解決な問題が幾つか残されている。中でも最も深刻な問題が惑星落下問題である。惑星は若い星の周囲に存在する原始惑星系円盤とよばれるガス円盤の中で形成されたと考えられているのだが、地球質量程度以上の惑星はこのガス円盤との重力相互作用により負のトルクを受けて、形成途中にタイプ１惑星移動と呼ばれる急速な落下をすることが多くの研究で示されており、そのため惑星系の形成を説明できなくなっているのである。
ガス円盤が惑星に及ぼすトルクは、線形計算と数値流体計算の２つの手法で調べられてきた。Tanaka et al. (2002) は三次元線形解析を行ったが、その計算は等温円盤のみに限定されていた。これは動径方向に温度勾配をもつ円盤に対する彼らの三次元線形計算に発散が含まれているためであった。本研究では、彼らの三次元線形計算においてトルクは三次元の各モードの主に最低次のモードによって決まっていることと、温度勾配による発散は最低次以外の高次のモードにのみ含まれていることに着目し、この三次元の最低次モードの成分のみを計算することで温度勾配をもつ円盤におけるトルクを近似的に算出した。その結果得られたトルクは先行研究で行われた三次元数値流体計算の結果とよく一致していた。
さらに、線形計算では考慮できない非線形効果にも着目し、それを二次元数値流体計算で明らかにする研究も行った。この非線形効果は円盤の粘性が小さいことに起因するもので、特に粘性が中程度の場合に共回転共鳴によるトルク成分が非常に大きくなることが先行研究の二次元数値流体計算で示されていた。本研究では、惑星重力ポテンシャルに対して上で述べた三次元の最低次モードの成分を流体計算に用いることにより、円盤が三次元に分布する効果を、より正確に模擬した二次元数値流体計算を行った。本研究の精度の高い計算により、先行研究で示された共回転共鳴におけるトルクの増大はかなり弱まることが示された。