ビッグバンに始まるこの宇宙は、はじめ星や銀河が存在しない“暗黒時代”でした。それから数億年後、宇宙に最初の星々であるファーストスターが誕生し、星や銀河の時代が到来しました。ファーストスターはその後の宇宙進化の起点となることから、ヒト・地球・天の川銀河など、我々全ての共通祖先と捉えることができる天体です。
私たちはスーパーコンピュータ上に再現した宇宙を「実験する」ことで、ファーストスターがどのように誕生し、またその後の宇宙進化に影響を及ぼすのか調べています。また、ファーストスターを調べる事で、「超大質量ブラックホール・連星ブラックホールの起源」「暗黒物質の正体」などの関連課題にも挑戦しています。
図:シミュレーションは日本各地のスパコンで行いますが、作った宇宙や星のデータはデスク脇に集めて解析します
(1) ファーストスターの統計調査
ファーストスターの典型的な特徴を明らかにするため、宇宙のある領域における全ファーストスターの形成過程をシミュレーションしました。その結果、星の基本的なパラメータである重さ(星質量)には3桁ものばらつきがあることを明らかにしました。これは、ファーストスターが超新星爆発やブラックホールといった様々な最期をむかえ、後の宇宙進化に影響を及ぼすことを意味します。
(2) 超大質量ブラックホールの起源
ビッグバンから38万年後の宇宙に吹き荒れる風が強い「宇宙の暴風域」において、モンスターブラックホールが誕生するという、新たな起源を発見しました。
(3) 暗黒物質モデルの制限
ファーストスターの形成過程は、暗黒物質の物理的性質に強く左右されます。現実的なファーストスター形成を条件とすることで、暗黒物質モデルの制限を行っています。
図1: 宇宙論的シミュレーションを行い再現した、宇宙最初の星(ファーストスター)誕生の瞬間