東北大学大学院 理学研究科 天文学専攻
Astronomical Institute, Tohoku University

https://www.astr.tohoku.ac.jp

宇宙地球物理学科（天文学コース）
天文学専攻

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萩令和５年度入学生向け試験日程

令和4年8月25日（木） 筆記試験

令和4年8月26日（金） 面接試験

場所：対面試験、東北大学青葉山北キャンパス（理学研究科）

天文学の研究方法• 理論天文学（計算機コード開発を含む）– 物理学の法則に基づいて、天体現象の理論的理解・予言を行う。
– 純粋理論の構築、コンピューターシミュレーション、天体現象データの理論解析

©︎理研

©︎ 富田

Athena++MHDコード天文学の研究方法• 観測天文学（観測装置開発を含む）– 天体現象の観測、またはそのための望遠鏡、観測装置の開発を行う。
– 国内外の天文台（すばる望遠鏡、アルマ望遠鏡、スペース望遠鏡など）を使った観測およびデータ解析、自前の装置開発©︎すばる望遠鏡©︎アルマ望遠鏡

天文学教室の歴史• 1907: 東北帝国大学の創立（３番目）• 1920: 地球物理学講座の設置• 1934: 天文学講座の設置

松隈

教授：松隈健彦、助教授：一柳壽一「天文学教室（Astronomical Institute）」••••

1945: 戦災（建物・図書・機材消失）
1958: 天文学専攻設置 (2講座)
1992: 4講座体制へ拡張
1994: 大学院理学研究科天文学専攻として再発足（現12人の教員体制）

一柳東北大学天文学教室・天文学専攻• 全国の大学で天文学教室（天文学専攻）を持つのは、東大、京大、東北大の３つだけ。
– 理論天文学、観測天文学、装置開発の全てを広くカバー。
– 系統だった天文学の総合教育。
– 世界第一線の研究成果。
– 全国区、国際色も豊か。

• 東北大学は指定国立大学（最初に認定された３大学の一つ）• THE世界大学ランキング（日本版）３年連続１位！
日本一の教育力。高校からの評価も高い。
• 全国区（東北出身は約1/3）

2014年11月、新棟（理学合同C棟）へ引越し（1978年に片平から青葉山物理棟へ移転以来の引越し）

2015年12月
開業

免震棟！

学部卒業生の約９５％が大学院に進学（参考ページ）
学生向け経済支援
http://www.sci.tohoku.ac.jp/student/shien.html

充実の博士課程経済支援プログラム

http://gp-pu.tohoku.ac.jp

素粒子・原子核・天文・宇宙研究の密接な連携
国際プロジェクトリーダー、世界を舞台に活躍する人材を育成
国際共同指導による博士論文研究（国際講義、高度実験、海外研修などの特別カリキュラム）
RAや給与、海外研修経費などの経済的サポート

理学研究科のM2大学院生１０名程度を募集。書類＆面接により選抜。
海外の連携大学・部局は，当面， アムステルダム大学（NIKHEF研究所）， ウィスコンシン大学， オーストラリア国立大学， オルセー原子核研究所， カリフォルニア大学（バークレー校）， ソウル大学， ドイツ重イオン研究所， ドイ
ツ電子シンクロトロン研究所， ハワイ大学， ハンプトン大学（ジェファーソン研究所）， プリンストン大学， ポーラン
ドヤゲロー大学， マインツ大学， マサチューセッツ工科大学，ワシントン大学， マックスプランク研究所， ミシガン州立大学， 中国科学院理論物理学研究所， 欧州合同素粒子原子核研究所， などの 宇宙創成物理学国際共同
大学院運営委員会で認める大学・研究機関である．

教員

教員と研究分野
天文学専攻（12名）
教授

秋山 正幸
大向 一行
兒玉 忠恭
田中 秀和
千葉 柾司
准教授 樫山 和己
田中 雅臣
富田 賢吾
服部 誠
村山 卓
助教
板 由房
吉田 至順

遠方銀河、活動銀河核、補償光学（観測・装置）
初代天体形成、星間物理（理論）
遠方銀河、銀河団、宇宙大規模構造(観測・理論)
惑星形成、太陽系外惑星（理論）
銀河の化学動力学、観測的宇宙論（観測・理論）
高エネルギー天体、コンパクト天体（理論）
超新星爆発、中性子星合体（観測・理論）
星形成過程、計算機シミュレーション（理論）宇宙マイクロ背景放射（装置・観測・理論）
遠方銀河、活動銀河核（観測）恒星進化、物質循環（観測）
相対論的宇宙物理学（理論）学際科学フロンティア研究所（３名）
准教授 當真 賢二 高エネルギー天体、ブラックホール（理論）助教市川 幸平 活動銀河核、超巨大ブラックホール（観測）助教木村 成生 高エネルギー天体（理論）
JAXA 宇宙科学研究所・連携講座（１名）
教授
山田 亨
遠方銀河、スペース天文学（観測）教員と研究分野
研究対象

研究内容・手法

専門教員

宇宙論：

ダークマター（観測）千葉柾司
宇宙背景放射（観測・理論）
服部誠
宇宙初代天体：形成論（理論）大向一行
大規模構造・銀河団： 形成・進化（観測）児玉忠恭
遠方銀河：形成・進化（観測・理論）
児玉忠恭、秋山正幸、山田亨
巨大ブラックホール： 形成・進化（観測）秋山正幸、村山卓、市川幸平
形成論（理論）當真賢二局所銀河・銀河系： 形成・進化（理論・観測）千葉柾司
超新星・重力波：
突発天体・重力波源（観測・理論） 田中雅臣、樫山和己
星形成・領域：
数値計算（理論）
富田賢吾
恒星：晩期型星（観測）板由房
コンパクト天体：相対論的天体（理論）吉田至順
高エネルギー天体（理論）當真賢二、樫山和己
惑星：形成論（理論）田中秀和
観測装置開発：補償光学（装置）
マイクロ波（装置）

秋山正幸
服部誠

1. 秋山 正幸 研究室
多波長観測で探る超巨大ブラックホールの形成と進化(学際研助教:市川、D2:Klod、M2: Janek、福地、佐久間)
最近の観測によりほぼすべての銀河の中心には超巨大ブラックホールがあることが明らかになっています。このような超巨大ブラックホールが宇宙の歴史の中で誕生し、成長してきた様子は紫外線・X線や赤外線のデータなどで強い放射を放つ活動銀河中心核として見つけることが出来ます。活動銀河中心核を用いて、1. 超巨大ブラックホールがどのように形成されてきたのか、2. どのような銀河で形成が進んでいるのか、3. 宇宙の大規模構造とはどのように関わっているのか、4. 銀河の進化にどのように影響を与えたのか、5. これまでの観測では見過ごされていた隠された活動銀河中心核はどのくらいあるのか、をX線から電波に渡る多波長の観測により明らかにしようとしています。

すばる望遠鏡の広視野探査で見つかった宇宙初期の活動銀河中心核の例(左 Akiyama et al. 2018)
宇宙初期の銀河分布(色マップ)と活動銀河中心核の分布(赤星印)の比較(右 He et al. 2018)

中心の超巨大ブラックホールの影
響で銀河スケールで高速で噴き出すガスを発見！
(Chen et al. 2019)18

次世代の広視野多天体補償光学の開発(D3:大金、M2:赤澤、M1:池田、穂満)
すばる望遠鏡では調べることのできなかった宇宙最初期の銀河を調べるために口径30mの望遠鏡をマウナケア山頂に建設するTMTプロジェクト(tmt.mtk.nao.ac.jp)が進行しています。我々はTMTの広い視野に分布する多数の天体を同時に高い空間分解能で観測する装置の開発を進めています。その鍵となるのは、地球大気の揺らぎの影響を「補正」して高空間分解能で観測する補償光学という技術です。我々は視野の中の多数の天体の光を切り出して、それぞれの天体に最適化した補償を行う小型の補償光学系を多数配置したシステムを検討しています。
この新しいアイデアの補償光学をすばる望遠鏡で実証するという計画を進めています。現在、すばる望
遠鏡に取り付ける波面センサーの設計や組み上げを実験室で進めていて、2021年度からすばる望遠鏡に持ち込んで測定実験などを行う予定です。また補償光学の実験として東北大学の屋上にある望遠鏡に波面センサーを取り付けて大気揺らぎの性質や補償鏡の特性を測定する実験も行っています。さらにすばる望遠鏡の次世代広視野補償光学系の検討をオーストラリアのグループなどとの国際協力で進めています。

次世代30m望遠鏡の完成予想図

すばる望遠鏡用波面センサーのモデル図(上左)と実際に組み上げている様子(上中 photo:志鎌康平)
すばる望遠鏡に取り付けて測定 (上右)
屋上の望遠鏡での大気揺らぎ測定実験 (下)(屋上望遠鏡での初査読論文！ Ogane et al. 2021)

19

2. 天体理論研究室
https://www.astr.tohoku.ac.jp/tap/

宇宙物理学（理論）の研究室
天体形成や高エネルギー天体現象を始めとして、宇宙物理学全般を理論的に研究しています
大向一行
（教授）：
天体形成論

當真賢二（准教授）：高エネルギー
天体物理学

メンバー：教授
大向一行
准教授 當真賢二* 、樫山和己
富田賢吾 (*: 学際研兼任）
特任助教 鄭昇明、高橋亘PD
田川寛通、森昇志、冨田沙羅、片桐拓弥
D2
定成健児エリックD1久世陸、桑田明日香
M2
松井理輝、金滉基、藤村大夢
M1
齋藤瑞葉、西尾恵里花

樫山和己（准教授）：高エネルギー
天体物理学

富田賢吾（准教授）：
星・円盤形成シミュレーション

宇宙論的天体形成論（大向）“ビッグバンにより誕生した宇宙は、いかにして現在のような多様な天体からなる宇宙へと進化したのか？”
星・惑星系、 銀河、超巨大ブラックホールなどの天体の起源に物理理論を基礎に、宇宙論、銀河形成論、星間物理学などを駆使して、計算で迫っています。

主にこのあたりの宇宙の進化
初代星、初代銀河、初代ブラックホールの誕生など

最近の研究トピック
宇宙初代星の形成“宇宙で最初に生まれた星はどんな星だったのか？”
宇宙誕生後の状態からスタートして、宇宙最初の星が誕生するまでの過程を、大型計算機によるシミュレーションで追跡した。太陽の数１０倍以上の大質量星であったことを発見

超巨大ブラックホールの形成“銀河の中心にはなぜ超巨大ブラックホールが存在するのだろうか？”
宇宙初期の銀河の内部で超巨大星が生まれる過程を追跡。これは太陽の１０万倍を超えるまで成長後、ブラックホールへと重力崩壊し、超巨大ブラックホールの種となることが分かった。

（當真・樫山）23

例：ブラックホール誕生の瞬間を捉える観測…
広視野サーベイと迅速な追観測でその瞬きを逃さない、“時間領域天文学”

理論
Tsuna, Kashiyama,Shigeyama 21

物理学に基づき、いつ、どこで、どのようにして生まれ、どのように瞬くか、を予言

星形成・円盤形成の研究（富田）(Tomida+ 2017)

シミュレーションに基づいて星周円盤の観測的性質を予測して実際の観測と比較しています。

(Andrews et al. 2018, DSHARP, Class-II disks)星形成の現場となる分子雲の形成を磁気流体シミュレーションで調べ、原始星の質量分布の起源を調べています。

ALMA Cycle-7で採択された若い原始星周りの原始惑星系円盤の大規模サーベイ“eDisk”(PI: N. Ohashi)に参加し、ALMAの高分解能観測で惑星形成の最初期に迫ります。
→ これ以外にも複数のALMA・VLAの観測プログラムに参加しており、理論・観測両方から研究を進めています。

新しいシミュレーションコードの開発
公開磁気流体シミュレーションコード Athena++• Princeton大学・高等研究所・東北大学を中心とする国際的な共同研究で開発• 新しいアイディアで少数精鋭でも世界のトップコードと戦える機能と性能を実現• 星惑星形成・星間物質・超新星爆発・銀河・・・
研究対象は何でも構わないので、シミュレーションをやってみたいという方は是非御相談ください。

原始星フレアの新しい機構
Takasao et al. 2019
T. Takeda / VASA Entertainment

こだま

ただゆき

3. 児玉 忠恭 研究室
http://mahalo.galaxy.bindcloud.jp
Perez Martinez (研究員)、山本（D3）、Mao (D2)、Laishram 、大工原(D1)、安達、Liu、岡崎 (M2)、田村 (M1) 【女性・男性】『銀河・銀河団の形成と進化の歴史、特にその秩序と多様性の起源を、すばる, アルマ等による最新の観測と現象論的モデルで解き明かす』

形成途上の銀河

現在の銀河・銀河団
星形成の加速と減衰
ハロー・質量の集積
巨大BHとの共進化
形態の獲得, 環境効果

クランプ銀河, 相互作用銀河など

ガスの流入

ガスの流出

円盤銀河

楕円銀河

銀河団

児玉研究室の研究手法・主な内容
『着眼大局、着手小局』

遠方銀河・銀河団の大局的な物理特性を探る（マクロ）
広域探査による遠方巨大銀河、原始銀河団の発見
すばる広視野装置(HSC, SWIMS), 狭・中間帯域フィルター,Euclid衛星による広視野サーベイ(すばるとの共同研究)
 撮像観測による大局的な物理特性の理解
銀河における星形成および質量集積の歴史（時間、環境、階層） 分光観測による詳細な物理特性の理解
重元素量, 星年齢, 電離状態, AGNとの共進化


遠方銀河の内部構造を解剖(空間分解)する（ミクロ）
補償光学による近赤外高解像観測（星、電離ガス）
円盤やバルジの形成, 力学構造（ガス流出入, 回転, 合体）
 アルマ干渉計による電波サブミリ波高解像観測（分子ガス、ダスト）
分子ガスと星の空間分布差, 力学構造, 星形成モード, 化学進化

現象論的モデルで起こっている物理過程を理解する

スペクトル進化（星種族合成）、化学進化モデルの構築
観測データを再現するように進化モデルの物理パラメータを制限天文学を学びたい方
研究者を目指す方

東北大天文学教室一同、お待ちしています