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Theoretical Astrophysics Group, Yamagata University

研究紹介

コンピューターシミュレーション

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宇宙でおきている現象を地球上の実験室で再現するのは非常に困難(というか、ほとんど不可能)です。 その理由はいくつかあげられます。例えば、扱う現象の長さ、質量、時間等の尺度が全然違います。 また、地球上の実験室では再現不可能な極限状態(超高温、超高圧、強重力、強磁場、超希薄)もしばしばあらわれます。 そこで、コンピューター上でのシミュレーション(模擬実験)の出番となります。現在では理論、観測に続く第三の柱として コンピューターシミュレーションは天文学における重要な研究手法となっています。

当研究室では主に銀河団の衝突現象に関連したN体や流体のシミュレーションをおこなっています。 また、シミュレーション手法自体(流体計算、電磁流体計算、N体計算、並列化など)の研究もおこなっています。

図はオフセンターな銀河団衝突のN体+流体シミュレーションの結果(滝沢による計算)で、等高線がガス密度、カラーがガス温度を示しています。 衝突の結果、衝撃波や接触不連続面、ケルビン・ヘルムホルツ不安定性による渦状の構造などが生じているのがみてとれます。


X線観測

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幸いにも天文学・宇宙物理学の分野では理論と観測の垣根は比較的低く、両者で共通の問題意識をもって研究が行われています。 したがって理論だ観測だと殻に閉じこもっている必要は必ずしもありません。当研究室でも国内外の様々な研究者 (観測、理論、シミュレーション、実験)と協力して主に銀河団の多波長観測(X線、電波、可視光など)を行っています。

宇宙では様々な天体で1000万度から10億度程度までの高温ガスが存在します(太陽コロナ、超新星残骸、銀河の高温ガス成分、銀河団ガスなど)。 そのような高温ガスはX線で輝くので、X線観測が重要な研究手段です。図は1RXS J0603.3+4214銀河団のX線(カラー)と電波(等高線)のイメージ です。X線は高温ガスを、電波は高エネルギー宇宙線電子と磁場の存在を示しています。磁場や高エネルギー宇宙線の存在は、高温ガスの激しい 運動と関連があると思われています(大学院生板花さんの修士論文より)。      


電波観測

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宇宙からは様々な放射過程をへて電波が発生しますが、当研究室で主に扱っているのはシンクロトロン放射によるセンチ波からメーター波の 電波観測です。光速に近いスピードの高エネルギー電子が磁場に巻き付いて運動するときにシンクロトロン放射とよばれる偏光した電波が発せられます。 これを調べることで高エネルギー電子や磁場についての情報を得ることができます。また、ファラデー回転と呼ばれる偏光面の回転現象を詳しく調 べることで、電波源付近やその手前にある高温ガスや磁場についての情報を得ることができます。宇宙では磁場は様々な役割を果たしていると 考えられていますが、その割には直接観測が難しいため、上記のような観測手法は重要な手段となっています。

     

図はAbell 2199銀河団中心に位置する電波銀河 NGC 6166 で、等高線が電波強度を、直線は偏光方向を示しています。これを詳しく解析することで NGC 6166自身の情報だけでなく、所属する銀河団の磁場についての情報も得ることができます(大学院生高橋君の修士論文より)。

山形大学理学部宇宙理論研究室

〒990-8560
山形県山形市小白川町1-4-12

TEL 023-628-4550