【研究領域課題番号】21H04487 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

星形成 / 宇宙線 / 原始惑星系円盤 / 理論天文学 / 数値シミュレーション

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2021-04-05 - 2026-03-31

【配分額】25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】17K14308 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

相対論的ジェット / Rayleigh-Taylor不安定性 / 線形解析 / 数値シミュレーション / 宇宙物理 / 理論天文学 / 流体

【研究成果の概要】

宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストの正体は、光速の99.995%以上もの速さで運動する超相対論的ジェットだと考えられている。しかし、ガンマ線バーストジェットの力学進化が十分にわかっていないために、ジェットからの放射機構の全容解明には至っていない。特に即時放射期における時間変動性の起源は解明すべき謎の1つである。
即時放射の時間変動性の起源としては、相対論的ジェットが駆動される際の中心エンジンの時間変動性に由来するものと、相対論的ジェットが伝搬する際に周囲の媒質との相互作用による流体不安定性の成長に由来するものが考えられている。そこで本研究では、これまで考えらえてこなかったジェット伝搬中にジェット境界で成長するRayleigh-Taylor不安定性の基本的な理論を構築した。
ジェットは伝搬する際、周囲の媒質との圧力差によりジェット伝搬軸に対し垂直な動径方向に振動する。振動の復元力である圧力勾配力がRayleigh-Taylor不安定性のドライビングフォースとなる。この圧力勾配力と流体媒質の慣性力がつり合う擬似的な加速度を導入しジェット境界の安定性の線形解析を行うことで、Rayleigh-Taylor不安定性の波数と振動数に関する分散関係式を導き、不安定性が成長する条件、及び解析的な成長率を明らかにした。また、ジェット境界で成長するRayleigh-Taylor不安定性の数値シミュレーションを行い、解析的に得られる成長率とシミュレーション結果から得られる成長率が一致することを確認した。
このジェット伝搬中の周囲媒質との圧力差に起因したRayleigh-Taylor不安定性の成長は相対論的ジェットの基本的な性質であるため、ガンマ線バーストジェットだけでなく活動銀河核ジェットの安定性にも影響を与える可能性がある。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】天文学

【研究領域課題番号】15H02065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

惑星の衛星形成 / 惑星形成 / 惑星探査 / 衛星形成 / 衛星進化 / 衛星 / 巨大ガス惑星 / 惑星起源・進化 / 理論天文学 / 氷衛星 / 数値シミュレーション / 天文 / 宇宙物理

【研究成果の概要】

これまで手つかずの「巨大ガス惑星の衛星形成の標準モデル」構築のために、巨大ガス惑星の衛星の形成の各過程について、先端的な流体、N体、統合的モンテカルロ・シミュレーションを行なった。惑星周円盤へのガス流入計算から、巨大ガス惑星の固体コアの成長の様子を明らかにした。土星衛星のエンケラドスは過去に他の衛星との軌道交差を経験し、衛星とリングの相互作用があれば、軌道交差の発熱量はエンケラドスの噴水活動を維持するのに十分であることを示した。土星の衛星形成の解説記事をサイエンス誌に寄稿した。さらに、現代的円盤モデルでは、木星のガリレオ衛星の質量・軌道分布および組成の分布の再現が可能であることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

これまでの衛星形成の研究は衛星だけを見ていたが、衛星形成は惑星形成の一部であり、
我々は惑星形成の文脈で惑星周円盤のモデルを考えた。また、衛星形成は多段階過程であり、各基礎過程の徹底解析のもとにそれらを組み上げる方法論は、太陽系形成「京都モデル」以来の日本の伝統であるが、国際的には極めてユニークである。この方法論のもと、巨大ガス惑星の衛星形成の新たな理論モデルの一部を構築した。新たなモデル構築の意義の他、巨大ガス惑星の衛星は、惑星地質学、太陽系・系外惑星系形成論、宇宙生物学などと接点を持ち、その標準モデル構築の波及効果は大きい。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2020-03-31

【配分額】41,210千円 (直接経費: 31,700千円、間接経費: 9,510千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】15H03719 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

惑星形成 / 重力多体問題 / ハイパフォーマンスコンピューティング / GPUコンピューティング / GPGPU / 数値シミュレーション / N体計算 / 理論天文学 / 惑星起源・進化 / 天文

【研究成果の概要】

本研究では、新しい計算法の開発と最新の計算機を構築することによりこれまで以上の粒子数を用いた微惑星集積過程の研究を行うことを目的としている。本研究により、はじめて100万粒子を超える惑星形成N体計算が可能となった。大粒子数（1000万粒子）を用いたN体計算では、これまでよりも惑星の成長が早い結果が得られており、今後この過程について詳細を明らかにする。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】22540296 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超新星爆発 / ニュートリノ / 輻射輸送 / 原子核物理学 / 理論天文学 / 計算科学 / 核反応 / 核データ / 理論核物理 / 超新星 / 爆発 / 京コンピュータ / ボルツマン方程式 / 流体力学 / 数値シミュレーション

【研究成果の概要】

超新星爆発は重たい星の最期に起こる重力崩壊により起こるが、その爆発メカニズムは長年に未解明である。爆発の鍵を握る加熱機構はニュートリノ（電子の仲間である素粒子）が発生・伝搬・消滅する過程を記述する必要がある。本研究ではニュートリノ粒子の分布発展を６次元空間ボルツマン方程式により解く輻射流体計算コードを世界で初めて開発して、重力崩壊から爆発ダイナミクスへの多次元計算を可能にした。特に、３次元空間でのニュートリノ輻射輸送の特性と爆発への影響を初めて解明した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)