Understanding how protostars evolve under gas accretion is essential for determining the final properties of the first stars. However, in most previous simulations of first star formation, protostars were treated as sink particles, and their internal evolution was not explicitly resolved. To overcome this limitation, we develop a new radiation hydrodynamics scheme and perform large-scale simulations on supercomputers to directly follow the 3D evolution of accreting protostars.

ガス降着のもとでの原始星進化を理解することは、最終的に形成される初代星の性質を知る上で重要です。 しかし、これまでの多くの初代星形成シミュレーションでは、原始星はシンク粒子として扱われており、その進化は解かれてきませんでした。 そこで我々は、新しい輻射流体力学スキームを開発し、スーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーションを用いて、ガス降着する原始星の3次元進化を直接計算しています。

Lyman α photons have an extremely large scattering cross section with neutral hydrogen, causing them to undergo numerous resonant scatterings in the primordial gas. As a result, Lyman α photons escaping from ionized regions around stars or black holes can exert strong radiation pressure on the ambient medium, potentially suppressing gas accretion and limiting the growth of these objects. To investigate this effect quantitatively, I am developing a numerical code based on the framework of Smith et al. (2018).

ライマンα光子は中性水素に対して非常に大きな散乱断面積を持つため、始原ガス中で多数の共鳴散乱を繰り返します。 その結果、星やブラックホール周囲の電離領域で生成されるライマンα光子は周囲のガスに強い輻射圧を及ぼし、ガス降着を抑制して、天体の成長を阻害する可能性があります。 この効果を定量的に調べるため我々はSmith et al. (2018) を基にして数値計算コードの開発を進めています。

Massive black holes formed in the early Universe are considered plausible progenitors of supermassive black holes residing in galactic centers and those observed at high redshifts by JWST. However, recent 21-cm observations by HERA suggest that X-ray backgrounds are stronger than expected in the early Universe, which can suppress the formation of massive black holes. Motivated by this, I have investigated how many massive black holes can form under strong X-ray irradiation using semi-analytic models.

宇宙初期に形成される重たいブラックホールは、銀河中心に存在する超巨大ブラックホールや、JWSTによって高赤方偏移で観測されているブラックホールの有力な起源天体と考えられています。 しかし、近年のHERAによる21cm観測は、宇宙初期におけるX線背景放射が従来の予想よりも強い可能性を示唆しており、これは重たいブラックホールの形成を抑制する可能性があります。 このような背景を踏まえ、我々は準解析モデルを用いて宇宙初期のX線が強い環境下でどの程度重たいブラックホールが形成されるのかを調べました。