National Astronomical Observatory of Japan

2010 年 12 月 1 日

No.209特集 理論研究部の歩き方〜国立天文台「理論研究部商店街」で宇宙ショッピング！〜●

研究トピックス 省エネ世界一のGRAPE-DR●「はやぶさ」の大気圏再突入の観測● 連載 Bienvenido a ALMA
！アルマ バンド10受信機の開発● シリーズ分光宇宙アルバム09「流星のスペクトル」

12
2 0 1 02010

NAOJ NEWS12

国立天文台ニュース
C

O
●
●

N

T

E

N

T

S

表紙
国立天文台カレンダー

03 研究トピックス

省エネ世界一の GRAPE-DR――牧野淳一郎（天文シミュレーションプロジェクト）

特集 理論研究部の歩き方

05～ NAOJ 理論研究部商店街・宇宙ショッピングガイド～
富阪幸治「ギャラクシーカメラ」
牧野淳一郎「フルーツショップ・葡萄」
吉田春夫「力学書房」
梶野敏貴「劇団そら」
小久保英一郎 「京風焼物・地球堂」
中村文隆「黒猫印の金魚店」
大須賀 健「パチンコ・黒洞ホール」
工藤哲洋「磁気治療院・パワースポット」
固武 慶「天体花火・超新星菊屋」
濱名 崇「ハイパーめがね」
町田正博「三鷹星アクセサリー工房」

表紙画像“省エネ世界一”を達成した重力多体問題専用計算機
GRAPE-DR。

背景星図（千葉市立郷土博物館）

渦巻銀河 M81 画像（すばる望遠鏡）

おしらせ

21

「はやぶさ」の大気圏再突入の観測●

連載 Bienvenido a ALMA ！ 07 回

22

アルマ バンド 10 受信機の開発
平成 23 年度共同開発研究等の公募のおしらせ
人事異動
New STAFF

23

●
●

編集後記
次号予告

シリーズ 分光宇宙アルバム 09

24

流星のスペクトル ――渡部潤一（天文情報センター）

忘年会で「モウ一杯」! 師走の夜空に、ほろ酔い加減のおうし座。
イラスト／石川直美

国立天文台カレンダー
2010 年 11 月
2 日（火）光赤外専門委員会／電波専門委員会
6 日（土）岡山天体物理観測所秋の観望会● 9 日（火）太陽天体プラズマ専門委員会● 10 日（水）平成 22 年度普通救命講習● 16 日（火）職員みんなの天文レクチャー● 17 日（水）総合研究大学院大学物理科学研究科専攻長会議● 21 日（日）サイエンスアゴラ 2010「国立天文台講演会」／すばる望遠鏡公開講演会
2010 ／スターアイランド 2010（VERA 小笠原観測局特別公開）

6 日（月）～8 日（水）プロジェクトウィーク
10 日（金）職員みんなの天文レクチャー● 13 日（月）総合研究大学院大学物理科学研究科専攻長会議● 14 日（火）～17 日（金）すばる秋の学校● 18 日（土）アストロノミー・パブ● 27 日（月）先端技術専門委員会

2011 年 1 月
7 日（金）理論専門委員会
12 日（水）運営会議● 14 日（ 金 ） 科 学 記 者 の た め の 天 文 学 レ ク
チャー● 19 日（水）総合研究大学院大学物理科学研究科専攻長会議● 25 日（火）電波専門委員会

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22 日（月）～24 日（水）第 6 回天文学の普及をめざすワークショップ

25 日（木）平成 22 年度永年勤続者表彰式
26 日（金）運営会議● 29 日（月）三鷹地区防災訓練● 30 日（火）研究計画委員会／天文データ専
門委員会
●
●

p a g e02

2010 年 12 月

研究トピックス

省エネ世界一の GRAPE-DR
牧野淳一郎（天文シミュレーション
プロジェクト）L

ittle Green 500 トップ

図に示すように粒子間の重力相互作

この記事を書いている 11 月 27 日現在で用計算をハード

は、すでに世界一ではないので若干ニュース

ウェアパイプライというにも時宜を逸した感があるが、今年ン★で行う第 1 号

6 月に発表された Little Green 500 リストで、機（図 2）、第 2 号

三鷹キャンパスに設置された GRAPE-DR シ機の実際の開発は、ステムが第 1 位となり、世界でもっとも電力

当時東大の大学院

当り性能が高い計算機と認められた。

生で、現在は千葉

計算機の性能のランキングとしては、HPL

大学の教授となっベンチマークでの性能による Top 500 が有ている伊藤智義が名だが、Green 500 というものが数年前に始行った。3 号機以まった。これは、Top 500 にリストされる計降は専用 LSI でパイプラインプロセッサを作算機について、消費電力当りの性能でランキり、それを多数並列動作させることで高い性

ングするものである。さらに、Little Green

能を実現した。1995年に完成した GRAPE-4500 は、18 か月前の Green 500 リストなら

で 1 Tflops ★、2002 年 の GRAPE-6 で は 64掲載される性能のマシン、つまり、若干規模

Tflops と、 当 時 の 最 高 速 の ス ー パ ー コ ンの小さい計算機まで範囲を広げたものである。

ピューターを上回る性能を 1/100 以下のコの近田による図にその構成が示され

GRAPE-DR は、この、より範囲を広げたリス

ストと消費電力で実現した（図 3）
。

ている。

G

RAPE と GRAPE-DR

GRAPE-1★ newscope ＜用語＞▼

ハードウェアパイプライン

例えば重力計算のようなものを、計算する順番通りに演算器をつないで、流れ作業で実行する回路。図 1

GRAPE-DR では、従来の GRAPE とは違って専用化したパイプラインプロセッサを作るのではなく、非常に簡略化したものではあるが、プログラム可能なプロセッサを 1 チップ★ newscope ＜用語＞▼

トで首位となった。

図2

flops（フロップス）

計算機の速度の単位。1 秒間に加減

GRAPE-DR は、東京大学・国立天文台でに多数集積するアプローチをとっている。こ1989 年から開発・利用を続けてきた重力多れは、半導体開発の初期費用の増大に対応すという数字。通常は四則といっても体問題専用計算機 GRAPE システムの最新のるためである。重力多体問題だけでは、10 億加減乗の3演算をそれぞれ1とし、除ものである。GRAPE は、1988 年に当時野円近くなる初期費用を賄うだけの大型予算の辺山の助教授であった近田が、「理論家も計獲得は困難になった。このため、重力計算以算機を作るべし」という小文を書き、その例

外のこともとして重力多体問題専用機の概略を述べたこできるようとから始まっている（図 1）。基本的な発想は、

にプログラ

図1

近田による重力多体問題専用計算機のブロック図。

図3

乗除の四則演算を何回実行するか、

算や、平方根の計算等は適当に換算する。Tflops（テラフロップス）は
1 秒間に 1 兆回の計算速度である。

GRAPE-603

ム可能なプロセッサにしたものである。
もちろん、プログラム可能にすることで性能は大きく低下する。具体的には、GRAPE-6 では、250  nm ルール、およそ 800
万トランジスタで 30  Gflops、
3 Gflops/W の 性 能 の 実 現 し たの に 対 し て、GRAPE-DR で はトランジスタ数25倍、クロック
周波数 5 倍だが性能は理論ピー
ク 性 能 で 400 Gflops に し か な
らず、プログラム可能にしたために 10 倍近く損をしている。
しかし、それでも、同じ半導体技術で作った汎用プロセッサに比べるとトランジスタあたりの性能は 100 倍近くになるので、開発することに十分意味は

図4

GRAPE-DRあると考えた。

★ newscope ＜解説＞

GRAPE-DR のハードウェア自体は2004年

パーセント以上が無駄なのでこの部分が気に度から 5 年間の振興調整費で開発した。そのならないからでもある。しかし、99 パーセ

後、ソフトウェアの改良を進め、今年度初め

ントの無駄をとってしまうと、メモリとの通には Top 500 で使われる HPL ベンチマーク

信がネックになる。アルゴリズムを改良する

浮動小数点数（3.142592 × 10 5 のでもある程度の効率がでるようになった。そことで、メモリとの通信の必要な量を減らし、ような、有効数字と桁数での表現）の成果が LittleGreen 500 での 1 位となった

それに適したハードウェアにすることでコスものである。実際の、電力あたりの性能はト、消費電力を下げている。

815 Mflops/W で、最新の汎用プロセッサに対して数倍程度である（図 4）。

電力効率

04

を持たせるようにしている。これは、元々99

G▼

浮動小数点演算器

計算機の中で、実際に加減算や乗算を行う回路。数値計算に用いられる

どうしの加減算や乗算を実行する専用回路。最近のマイクロプロセッサ
では、プロセッサコアごとに加算回
路が 2 個、乗算回路が 2 個あり、プ

RAPE・GRAPE-DR の今後

ロセッサコアが 最大 8 個程度 1 チップに集積されている。

現在、GRAPE-DR は国立天文台でシミュ
レーション研究に使われている。一部は共同

参考文献

GRAPE-DR、あるいはそれ以前の GRAPE

利用システムとして、また、一部は理論部・で電力あたりの性能が高いのには 2 つの理由

CfCA で使われている。従来の GRAPE や汎がある。ひとつは、プロセッサチップから用並列マシンに比べると、10 倍以上の性能向浮動小数点演算器★以外の回路を極力排除し上を実現しており、これから銀河形成・惑星ていることである。通常のプログラム可能な形成等の研究で大きな成果を挙げるものと期

マイクロプロセッサでは、数千万個のトラン待している。

伊 藤 智 義 : 2007， ス ー パ ー コ ン
ピ ュ ー タ ー を 20 万 円 で 作 る，
集英社新書．
Sugimoto, D., et al.: 1990, A specialpurpose computer for gravitational
many-body problems, Nature, 345,
33-35.
Makino, J., and Taiji, M.: 1998,
Special Purpose Computers for
Scientific Simulations - The
GRAPE systems, John Wiley andSons, Chichester.
Makino, J., Hiraki, K., Inaba, M.:
2007, GRAPE-DR: 2-Pflops
massively-parallel computer with
512-core, 512-Gflops processor
chips for scientific computing,
Proceedings of SC07(Online),ACM.

ジスタを使ったプロセッサで 4 個程度の演算

計算機は数年で陳腐化するので、GRAPE-器を持つ。しかし、演算器に必要なトランジ

DR 後 継 の 開 発 も 始 め て い る。 こ れ は、

スタは 10 万個程度なので、99 パーセント以

GRAPE-DR の よ う な プ ロ グ ラ ム 可 能 な も上のトランジスタはプログラムの実行制御やの、従来の GRAPE のような専用化したもの

データの流れの制御に使われている（これはの 2 本立てで進めている。といっても、プロ

22 年前に近田が指摘したことである）。専用

グラム可能なほうは予算申請はしているが化によりこの99パーセント以上の部分を、ほまだついていない。専用化したものは、「構

とんど無くすことができる。もうひとつは、造化 ASIC」という、完全に専用化したカス

プロセッサとメモリ間のデータのやりとりを

タム LSI ほどの性能はないが、その代わりになるべく少なくできるような計算方法を開発

数千万の下のほうの初期コストで開発可能し、それに適したアーキテクチャにすることな LSI を使ったものを昨年度からの予算で開である。LSI チップ間の通信は、内部でのトラ発している。こちらは、50 ～100 Gflops/W

ンジスタ間の通信に比べて何桁も大きな電力と、現在の最新の汎用プロセッサに比べるとを消費する。しかし、普通の計算機では、演100 倍前後の電力あたり性能を実現すること

算性能に対してなるべく高いメモリ転送性能を期待している。

理論
研究部の
歩き方

宇宙
ショッピング
ガイド▲ GRAPE-DR の基板図（3 ページ参照）

イラスト／藤井龍二●ようこそ、国立天文台（NAOJ）理論研究部商店街

す。研究テーマや手法が十人十色なのも、理論研究へ！

天文学の理論の研究現場というと、ちょっと部ならではのユニークなところ。そこで今回は、理

近寄りがたいかも……、と思ってしまう読者の方々

論研究部の 11 人の研究者に、誌上でお店を開き、そも多いと思います。でも、いったん足を踏み入れてれぞれの研究を自慢の商品にたとえて紹介してもら

みると、個性的で味わい深い研究者が、自由な発想います。名づけて「NAOJ 理論研究部商店街・宇宙と緻密な論理、そして独創的な計算機を駆使して、日

ショッピングガイド！」。さて、どんなお店があるの

夜、宇宙の謎解きに挑んでいる“熱い”世界なので

かな？？？
05

店主

富阪幸治

シミュレーション天文学
赤外線写真、電波写真な
んでもお任せください！

星をスーパーコンピュータの中に作って観測的可視化カメラで撮影します。 原始星ができる直前までフォーカス中！
が進むこと、進化の道筋が初期の磁場強●研究対象と手法銀河の中では、星間ガスから密度の高い分子雲コアを経て星が生まれる、星が分かってきました。

終末を迎えて爆発する、外層を放出する

理論と観測を比較検討することは、理といったように、物質の循環が見られま論的なモデルの正当性の検討に不可欠です。銀河の中のこれらの過程に広く興味す。そのために、計算機シミュレーショ

を持って研究してきましたが、現在は分ンの結果をもとに、分子線や星間塵熱輻子雲から星や惑星が形成される過程を研射などの観測手段で「天体観測」した場究対象としています。

合の予測をし、それを実際の観測結果と星形成では基本的に自分の重力でガス比較する必要があります。このようなシが集まって密度が上がって行くわけです

ミュレーションの結果の観測予測を「観が、圧縮によってガスが得た熱を輻射で測的可視化」と呼んでいます。
輻射が動的

冷却し、分子雲が持っている磁場の力をな進化に直接効いていない場合には、磁借りて一部の物質を分子流、光学ジェッ

気流体力学方程式をまず解いて、1 つのトの形で外界に捨てるといった外界との時刻を取り出して、（非局所熱平衡）輻

相互作用の結果、恒星や惑星系ができる

射輸送方程式を解くことで「観測的可視と考えられています。このような複雑な化」を実現します。これは業界用語でポは降着で中心星を太らせる役割もありま

プロセスを明らかにするためには、輻射

ストプロセスと呼びますが、これですらすが、分裂によって連星を生じたり、惑

と自己重力を考慮した磁気流体力学など

スーパーコンピュータの力を借りなけれ星の材料にもなり得る可能性があります。

を取り扱わねばなりません。これらを数ば解けない大変な問題です。

重要なことがこの中で起こっていると考値シミュレーションを用いて研究してい●最新の研究

えられます。このような系の進化を磁気ます。
●研究概要と成果

900GHz（上）と 2THz（下）連続波で見た第 1 コアの様子。上はアルマ望遠鏡のバンド 10 での観測予測。

星形成過程でガスが超音速で飛び出す

流体力学シミュレーションで明らかにし双極分子流の起源については、磁場で直た上で、これがどのように観測されるの星形成プロセスについて、分子雲コア接駆動されるとする説と、同じくガスがかを研究する必要があります。この天体から原始星や星への進化をシミュレー

超音速で飛び出す現象ながら、より高速

は周囲をガスエンベロープに覆われていションによって解明することに取り組ん

で狭く絞られたジェットが周りの分子ガるので、アルマ望遠鏡のサブミリ波で観できました。輻射や自己重力の効果を取スを押して生じるという（エントレイン

測が一気に進むと考えられますが、それり入れた磁気流体力学方程式を解くことメント）説の 2 つがありました。自己重が天体のどのような実相（構造）を表し

で、等温収縮期から第 1 コア期の進化が力を含んだ磁気流体力学方程式でシミュているのかを突き止めるのが目下の緊急明らかになってきました。磁場による角レーションすると磁気駆動で分子流が形の課題です。

運動量輸送により分子流が生じること、成されますが、この結果について星間塵

磁場と重力不安定による渦状構造によっの熱輻射の偏波（これは磁場の方向に依て第 1 コア内の角運動量が輸送され進化存します）がどれだけ観測されるのかに

正確なシミュレーション撮影
技術で星形成のありのままの姿を皆様にお届けします。

06

度と回転速度によって決まることなどが注目して観測的可視化シミュレーションを行ったところ、観測される偏波分布か
ら、双極分子流の起源が磁場駆動かエン
トレインメントかを決める方法が分かりました。アルマ望遠鏡でこれを測るのが楽しみです。
●今後の研究星形成は、等温収縮期、第 1 コア期を経て、さらに、中心の原始星とその周囲の円盤からなる系へ進化します。この円盤

研究対象
星形成、星間雲、超新星残骸
研究概要
星形成過程の進化の解明と観測的
可視化
最近の研究
双極分子流の起源
今後の研究
シミュレーションにもとづく
原始星円盤系の観測予測

店主

牧野淳一郎

シミュレーション天文学
硬い果物から柔らかい果物
まで、品数に自信あり！

店長特選の GRAPE をふんだんに盛った大規模シミュレーションで、 宇宙の様々な構造の形成・進化を研究しています。
の計算機ハードウェア、ソフトウェアも●研究対象と手法
宇宙における、主に重力による構造形

開発しながら、星団、銀河といった様々成の過程を対象にします。対象は惑星、恒な天体の形成と進化を研究しています。

星から星団、銀河、ダークマターハロー、

20 年間にわたって、世界の計算機開

銀河団、宇宙の大規模構造と幅広く、そ発のトレンドの先をいく高性能なシミュ

れらに共通する理解の枠組みの構築を目

レーション用計算機を開発してきました。

指しています。

それらは世界中で惑星形成、星団進化を

重力は、惑星形成から宇宙の大規模構始めとして様々な研究に使われてきまし

造まで、あらゆる空間スケールでの天体た。我々のグループによる研究としては、の構造計算を支配しています。重力によ球状星団の力学進化、ダークマターハ

る構造形成の研究には、高速計算機によローの構造、銀河中心での星団の力学進る大規模シミュレーションが重要なツー化、銀河中心での巨大ブラックホールのルになります。これは、構造形成が非線

少数多体系といった様々な問題について型な現象であるため解析的な研究が困難

研究を進めてきています。

であること、また多くの場合に球対称の●最新の研究近似も無理で 3 次元性が重要なため、大計算機ハードウェアでは、現在の最新

規模な計算が必要になることによります。

鋭システムである GRAPE-DR が、2010

このため、シミュレーション用の計算機

年 6 月の Little Green 500 リストで第一ハードウェアの開発から、その上でのシ位になり、世界でもっとも電力効率の良ミュレーションプログラム、シミュレー

い計算機と認められました（3 ページ参ションアルゴリズムの研究開発、それら照）。これらの計算機や、天文台のスー用化したシステムにすることで高い実効を使った天体現象の研究を総合的に進めパーコンピューターも使っていろいろな性能を小規模なシステムで実現し、惑星ています。

研究をしてます。ダークマターハローに形成・星団進化・銀河形成等の研究をさ●研究概要と成果ついての最近の研究（石山智明さんによらに進めたいと考えています。

自己重力による構造形成は、地上の物る）では、もっとも質量が小さい、地球質の物理学ではあまり取り扱われない、くらいの質量のダークハローでは、中心宇宙を特徴づける現象です。惑星から銀密度が非常に高くなっていて、活発にガ河団にいたるあらゆる天体で、自己重力

ンマ線を出している可能性があることががその形成・進化に本質的な役割を果た

わかりました。

しています。そのような、重力による構造●今後の研究形成の過程をシミュレーションするため

GRAPE-DR はできたので、次世代シス
テム（GRAPE-9）の開発を始めていま

世 界 の ど こ に も 真 似 が で き な い、
独 自 製 法 で 世 界 一 の 計 算 機 開 発、
世界一の研究を進めます。

す。GRAPE-DR ではプログラム可能な計算機システムを開発しましたが、なか
なかそういうことができる規模の予算獲得はできないので、今回は構造化 ASICを使った専用パイプラインシステムです。
GRAPE-DR の開発と並行して進めた計算法の研究によって、これまでは非常に計算量の多い方法しか使えていなかった

地球質量ダークマターハローの構造（石山智明さん提供）。上は、現実的な初期ゆらぎをいれたもの。下は、スケールフリーのべき乗ゆらぎの場合。現実的なゆらぎでは、小さいゆらぎがないため上の図のようなスムーズな構造ができる。この場合の方がハローの中心密度は高くなる。

研究対象
宇宙の様々な構造の形成・進化
研究概要
自前の計算機での大規模シミュ
レーションで、構造形成についての新しい理解を構築
最近の研究
GRAPE-DR とマイクロハローの研究
今後の研究
GRAPE-DR の 次 世 代 シ ス テ ム「GRAPE-9」の開発

惑星形成や星団進化の研究にも、高速なアルゴリズムが使える目処がついてきたので、そのような高速アルゴリズムに専
07

店主

吉田春夫

力学系の可積分性の研究
解けるか解けないか、それが問題だ！

掘り出し物の力学全集を紐解き、 力学系の可積分性の判定条件やシンプレクティック数値解法を研究しています。
えてきます。その一例として解が解析的●研究対象と手法
太陽系内の惑星運動は 2 体問題と呼ばに求められるか否か、つまり可積分となれ解析的に解けます。ところがもし太陽るか否かが具体的に判定できるようにが 2 つあると、その周りの軌道運動は 3

なってきました。1980 年代以降のこと

体問題となり、楕円軌道のような軌道にです。詳細は省きますが、店主がこれまはならずカオス軌道となります。2 体問でに販売した中で売れ行きの良い商品の題はなぜ楕円軌道のように軌道が確定し、一つが、この可積分性の必要条件を、あ3 体問題以上になるとなぜカオス軌道とる 2 行 2 列の行列の固有値から判定できなるのか？

ることを示したものです。一時は一世をつまりどのような力学系が「解析的に解けるか＝可積分となるか」を風靡したとのこと。

●今後の研究
力学系は可積分系と非可積分系に分けられます。その可積分系となるための強明らかにすることが、この古書店の店主

また副業として、保存力学系の特徴を力な必要条件が 21 世紀初頭になって初のほとんどライフワークになりつつある

最大限活かした運動方程式の数値解法をめて得られたため、可積分系の完全リス仕事です。既に 30 年以上の実績があり、 販売したこともあります。1990 年発売

トの作成という野望が現実味を帯びてき

店主曰く、それなりに国内外での知名度の単一の商品で、これまでの売り上げ総ました。ここで完全リストとは、例えばもあるとのこと。

数 730 部（＝トムソン・ロイター社 Web

メンデレーフが発見した元素の周期律表

研究は、ノート、コピー紙の裏、鉛筆、

of Science による2010年11月中旬の被のようなものです。もちろんその完全リ

ボールペン等の古典的な「理論研究者」

引用数）。これだけの売り上げは国立天文ストを完成したことで、発見者以外の誰の必携品がメインの道具です。あと国内台販売商品のトップテンに入る可能性もが喜ぶかを常に意識しておく必要があり外の仲間との共同研究を容易にしてくれある、と店主のオヤジは時々一人でつぶます。つまり商品を買ってくれる客のこる電子メール、web 検索による情報収集、やいています。

とです。しかし科学の歴史を振り返ると、それにMathematica等のコンピュータの●最新の研究純粋な知的好奇心に基づく発見は、後世

非数値的利用等のモダンテクノロジーも2 体問題のような保存力学系では全エにほとんど全てその確実な応用例を見い大事な道具です。スーパーコンピュータ

ネルギーが保存されます。この意味で全出しています。その理由はおそらく知識には今のところ縁が無いとのこと。ガウ

エネルギーは保存量と呼ばれますが、そ

欲が人間の持つ 3 本能（生きたい、知りスやポアンカレが発見していても不思議

れ以外に運動量、角運動量を保存する力

たい、仲間になりたい）の一つだからではない真理の探求が目的のため、店構え

学系もあります。保存量がたくさん存在しょう。本能に強く訴える商品は常に買も古書店としたようです。

することが可積分となるための条件でい手があると。さて、どうなることやら。

●研究概要と成果す。また必要以上に保存量が存在する系

三角関数と指数関数は複素関数としてを超可積分系と言います。2 体問題は実見れば同じものです。同様にニュートン

は可積分であるだけでなく超可積分でもの運動方程式を複素変数で考えると、実あるのです。超可積分系では有限に留ま数だけでは見えないことが、いろいろ見る軌道は常に周期軌道になります。店主

格 言： Complexifying theequation simplifies the
方程式を複素化
problem./（複雑化）すると問題は簡単になる。

のオヤジは、系が超可積分となるための必要条件をポーランドの 2 人の研究者と共に 2008 年に見つけて販売を開始しました。このような一般性を持つ超可積分性の必要条件が売りに出されたのは過去
200 年でこれが初めてのことです。また2010 年夏に発売した商品では、この必要条件が新たな超可積分系を見つけるのに真に役立つこと示しました。こんなに強力で役に立つ必要条件は滅多にありません。これホントです、とは店主の言。

08

左：解ける問題の軌道。右：解けない問題の軌道。

研究対象
力学系とその数値解法（対象は物
理的なものではなく数理的なもの）研究概要
解けるか解けないかが、2 行 2 列の行列の固有値の計算でわかる！
これ、すごくない？
最近の研究
超可積分性の必要条件
今後の研究
可積分ポテンシャルの完全リストの完成に向けて店主

梶野敏貴

宇宙論と元素の起源論
時空を自由に翔る舞姫をご覧ください！

素粒子 ・ 暗黒物質 ・ 暗黒エネルギーの正体と性質を突き止め、 宇宙進化の謎と元素の起源を解明しまショー！
●研究対象と手法
素粒子から宇宙までを対象にします。

保存則の辻褄合わせのための「脇役」としてデビューしましたが、超新星 1987A

量子論が支配する時空と元素の起源を解からのニュートリノを人類が捉えて以来、明し、物理素過程から組み上げて、相対超新星爆発、
元素合成、
宇宙の大構造形成論が支配する宇宙・銀河・星および生命など宇宙進化のさまざまな局面で重要なの誕生・形成・進化過程を解き明かしま役割を果たすことが明らかにされ、「プリす。

マ」としての地位を確立しました。
「劇団

私たちの研究道具は頭脳、情熱、そし

そら」では、
プリマである素粒子（ニューて好奇心です。コンピュータも重要な研

トリノ・レプトン・クォーク）、プリンシ

究手段です。宇宙開闢から現在に至るまパル（光子などのゲージ粒子とヒッグスでの宇宙の進化は、みずからの尾を飲み粒子）、暗躍するブラックスワン（暗黒物込むウロボロスの蛇のように、どこまで質と暗黒エネルギー）の性格と特徴を理もミクロな世界の法則に支配されていま解し、「宇宙進化」と「元素合成」というす。どのように時空の対称性が破れ、素総合舞台芸術を作り上げる研究を行って粒子が誕生し、火の玉宇宙となったのか。

います。

マクロな宇宙の進化や超新星爆発のダイナミックス
も、みずからの尾を飲み込むウロボロスの蛇のように、元素合成などミクロな世界の法則が支配しています。
（ウロボロスの蛇の図：東京大学総合研究博物館ニュース「Ouroboros」第 29 号より）生命に限った特質ではなくユニバーサル

素粒子や元素が宇宙ゆらぎの成長と構造

研究成果としては、力の統一理論が予であるとする宇宙起源説を提唱しました

形成にどのように関わっているのか。生言する超対称粒子を暗黒物質とみなすこ（ニューサイエンティスト2010年5月15

命や太陽系を構成する元素はどこでどのとでビッグバン元素の謎が解けることを日号）。

ように作られたのか。これらの謎を解き示し、余次元宇宙や初期宇宙磁場および●今後の研究明かすために理論モデルを構築し、コン

ニュートリノの非等方ストレスから宇宙

宇宙の加速的膨張は天文学最大の謎でピュータを用いてさまざまな宇宙・天体

背景放射ゆらぎが作り出されるメカニ

す。アインシュタインの宇宙項Λ（暗黒現象を予測し、観測と実験による検証をズムを解明しました。W.A．ファウラー

エネルギー）＝ 0 である 5 次元宇宙で暗行います。国内外のすべての共同研究者（ノーベル物理学賞受賞）の研究以来半黒素粒子の重力質量・エネルギー交換をが「劇団そら」の団員です。

世紀以上の間の謎であった P 元素の起源

許すモデル（暗黒物質一元論）を提案し●研究概要と成果

は超新星の光核反応であり、R 元素が示ましたが、今後も謎の解明に挑みます。

私たちは、素粒子と 4 つの基本力からすユニバーサリティーは超新星ニュート

時間・空間・物質の起源は何でしょうか。

全宇宙を作りあげることができると考えリノで説明できることを明らかにしまし素粒子クォークと核力の基礎理論であるています。ニュートリノは、エネルギー

た。素粒子物理学の大問題である未知のQCD（量子色力学）から原子核を作り、

ニュートリノ振動と温度を、元素の起源

宇宙での元素合成過程を解明し、素粒子・論および銀河の化学進化論から決定する

原子核・宇宙・生命の統一的な起源論の理論モデルを構築中です。

構築を目指します。

研究対象
宇宙、超新星、元素、アミノ酸など

最近の研究
太陽系レアメタルの起源解明、アミノ酸キラリティー宇宙起源説の提唱
今後の研究
加速的宇宙膨張の解明と、QCD（量子色力学）から元素の起源論の構築を目指します。

太陽系で最も希少な同位体元素タンタ
ル 180（崩壊寿命は宇宙年齢の 10 万倍以上）の生成起源が超新星ニュートリノにあることを、超新星元素合成モデルとレアメタルの量子力学計算を用いて解明しました（国立天文台ニュース2010年7月号）。地球生命を構成するアミノ酸の左右非対称・キラリティーの起源が、原始中性子星の磁場にさらされた星・惑星形成
領域のガス雲中での元素と超新星ニュー

日本の伝統ミクロメソッドを用いて、宇宙（そら）を自由に翔る舞姫たちに宇宙進化の謎を解かせます。

研究概要
素粒子と元素の起源を解明して宇宙の進化論を構築●最新の研究トリノとの相互作用にあり、これは地球
劇団そらホームページ
http://www.cfca.nao.ac.jp/~kajino

09

店主

小久保英一郎

惑星系形成論
ちりをかためて地球を作ります！

星くずの宇宙土に重力釉薬を用いてさまざまな天体を焼きながら、 太陽系や地球、 月の起源を解き明かします。
●研究対象と手法

惑星（天王星、海王星）です。太陽系のは元になる原始惑星の全質量に比例する、

地球をはじめとする太陽系の惑星、そ起源の現在の標準シナリオは「京都モデ自転については、自転周期は数時間くらの衛星と環、そして小惑星や彗星などのル」とよばれ、次のようなものです。まいの惑星が多く、自転軸の方向は等方的、小天体を対象にします。さらに最近発見ず、原始太陽の周りの円盤の中のダスト

つまり、公転面に対して倒れて自転してされた多様な太陽系以外の惑星系、系外が集まって、微惑星とよばれる小天体がいる惑星が多くなる ! などがわかってき惑星系までを扱います。

形成されます。微惑星は太陽の周りを回ています。
●今後の研究太陽系は今から約 46 億年前に誕生しりながら衝突合体して大きくなり、惑星たと考えられています。このときにどのの一段階前の天体、原始惑星となります。

太陽系で力学的にもっとも重要な惑星ようにして太陽系が形成されたのかを明

この原始惑星どうしの衝突によって地球は木星で、次に重要なのが土星。この 2らかにするために、スーパーコンピュー型惑星が、原始惑星が重力でガスを集め個で太陽系の力学的構造を決めているとタを用いたシミュレーション（模擬実ることによって木星型惑星や天王星型惑

いってもいいくらいです。これから考え験）を行い、天体物理学の理論を駆使し星が完成します。これまで微惑星の形成

たいと準備しているのが、木星と土星のながら、形成シナリオを構築していきまや合体成長の素過程を明らかにしてきま形成です。考えているシナリオは次のよす。このシミュレーションは文字通りコした。

うなものです。太陽系の中で雪線とよばンピュータの中に宇宙を再現し、そこでれる水蒸気が氷になる場所にまず木星の惑星を作る実験を行うというものです。

核（原始惑星）が形成されます。雪線の●研究概要と成果

場所では氷ができるので、その内側より

惑星系は恒星の周りのガスとダストかダストの量が多く、大きな原始惑星が形らなる円盤から形成されたと考えられて成されるからです。大きくなった核は強います。この円盤から太陽系や系外惑星

い重力で円盤からガスをまとい木星とな系がどのように形成されるのかを理論的ります。この木星の重力の影響下で、土に明らかにすることが目的です。この研星の核が成長していきます。おそらく木究から、太陽系のような惑星系が普通な星による散乱で集められた微惑星によっのか、地球のような惑星は他にもあるのか、などがわかるようになると期待されます。
太陽系の惑星は 3 種類に分けられます。

太陽系形成の標準シナリオ（京都モデル）。

て核の成長が加速されるのではないかと●最新の研究シミュレーションによって明らかにした

地球型惑星形成の最終段階について調

地球のような岩石と鉄でできた地球型惑

べています。地球型惑星形成の最終段階

星（水星、金星、地球、火星）、木星のよは原始惑星とよばれる月から火星くらいうなガスでできた木星型惑星（木星、土の大きさの天体の衝突合体です。この段星）、天王星のような氷でできた天王星型

階は大きな天体どうしが衝突するので巨大衝突の時代とよばれます。巨大衝突に葡萄印の超電子窯などを使って、 ち り か ら 地 球 や 月 な ど を 作
り ま す。 京 風 の 雅 を 大 切 に、 丁
寧 な 仕 事 を 心 が け て い ま す。 目
指すは瑠璃色に輝く耀変地球！

10

よって、どのように地球型惑星の質量や軌道そして自転などが決まるのかをシ
ミュレーションによって調べています。
惑星の質量、軌道、自転はその惑星に海が存在できるかを決める重要な特徴になります。これらの特徴がどのように決まり、どのようなものができやすいかを知ることは、地球のように海のある惑星、第 2 の「地球」の形成確率を考える上で基本情報となるのです。これまでに、質量については、個々の地球型惑星の質量推測しています。これらの過程を大規模いと思っています。

研究対象
惑星、衛星、環、小惑星、彗星など
研究概要
スーパーコンピュータを用いて惑星を作る実験をしながら惑星系形
成の理論を構築
最近の研究
地球型惑星形成の最終段階
今後の研究
木星と土星の形成

店主

中村文隆

星団形成・星形成論
宇宙生まれの可愛い
金魚を育ててます！

さまざまな星々が生まれる星団は、 金魚が群れる金魚鉢のよう。 星 ・ 星団の形成過程を巧に掬い上げます。
では、先に生まれた星からの原始星アウ●研究対象と手法
太陽のような恒星は宇宙空間を満たす

トフローが周囲の物理状態を変え、次に希薄な気体（星間ガス）が集まって誕生

生まれる星の形成過程に大きな影響を及します。星間ガスや形成途中の星などがぼします。さらに、原始星アウトフロー

研究の対象です。星間ガスの構造や星のは星団形成領域に激しく乱れた流れ（乱形成と進化を理論的・観測的に明らかに流）を作り出します。激しい乱流は、ガスすることを目指します。

を圧縮して星形成を誘発したり、星が生

宇宙で生まれるほとんどの星は星団内

まれそうなガス塊を壊したりします。こで誕生すると考えられています。星団内のような複雑な星の誕生過程を大規模コ

では先に生まれた星が将来生まれる星のンピュータシミュレーションで調べ、自誕生過程に多大な影響を及ぼします。こら行った観測とも比較し、理論・観測をの過程を明らかにするために、スーパー駆使し、星形成モデルの構築を進めていコンピュータを用いた大規模シミュレーます。

星団形成領域へびつかい座分子雲の電波観測。野辺山
45m 電波望遠鏡による一酸化炭素分子輝線観測。等
高線は、原始星アウトフローによる高速ガス流の広がり（青は我々に近づく流れ、赤は我々から遠ざかる流れ）である。グレースケールは高密度ガスの分布。
（d）と（e）で示された等高線は、今回の観測で明らかになった巨大原始星アウトフロー。

ションを行います。星団内で起こる星形成過程を詳しく調べ、星団全体が誕生す●今後の研究る様子を明らかにします。また、シミュ

これまでの研究では、太陽近傍で起こ

レーションで再現したコンピュータ内のる星形成を中心に調べてきました。しかモデルを実証するため、星団形成領域のしながら、我々の銀河系内でも、銀河中電波観測も進めます。

心付近や外縁部では、星間ガスの物理状
態・力学状態が異なっています。系外銀●研究概要と成果
宇宙で生まれるほとんどの星は星団内で誕生すると考えられています。星団内
で星がどのように誕生するかを理論的および観測的に明らかにすることが目的で星団形成シミュレーション。ほとんどの星は星団内で誕生します。星団内では、複数の星がほぼ同時に生まれるため、先に生まれた星からの原始星アウトフロー（黄色）が将来生まれる星の誕生に多大な影響を及ぼします。図中の白い点は形成途中の星、青や白色の広がった部分はそれを取り巻く高密度ガスの分布です。

河もたくさん存在しています。このような多様な環境下で起こる星形成をコン
ピュータシミュレーションを用いて明らかにし、宇宙で起こる星形成過程を統一す。この研究から、宇宙の中で最も基本的な天体と考えられる星がどのように誕

河では、激しい星形成を起こしている銀●最新の研究星団の中で大質量の星や太陽程度の小星は自分の周りのガスを自身の重力で質量星がどこでどのようなプロセスで生集めるだけでなく、その一部を原始星ア

まれるかを調べています。最新のシミュ

ウトフロー（あるいは原始星ジェット）

レーションによると、大質量の星は星団として星間空間に放出します。そのため、を生む高密度ガス塊の中心部（最も重力星団のように星が密集して生まれる環境の強い部分）で周りからガスを集めて生さまざまな星の卵から、たくさんの金魚をふ化させます。野外採集
で、元気な金魚も探します。

生するかを理解できると期待しています。

まれることがわかってきました。大質量星の周りには多数の小質量星も誕生する
ため、小質量星からの原始星アウトフ
ローが大質量星に降り積もるガスを吹き飛ばし、激しい乱流を生み出します。そのため、小質量星が大質量星の誕生をコントロールします。さらに近傍の星団形
成領域（へび使い座分子雲など）で原始星アウトフローが周囲のガスに大きな影的に理解したいと考えています。

研究対象
星団、星、星間ガス、星間磁場など
研究概要
星・星団の誕生を解き明かします。
最近の研究
星団形成における原始星アウトフ
ローの役割の解明
今後の研究
星形成統一モデルの構築

響を及ぼす様子を観測し、理論モデルの実証を進めています。
11

よ う こ そ、 NAOJ 理 論
研 究 部 商 店 街 へ！ このガイドマップを参考に、 お 好 き な お 店 で
ショッピングをお楽しみください。

富阪幸治さんのお店
TOMISAKA, Kohji★シミュレーション天文学★

赤外線写真、電波写真な
んでもお任せください！

硬い果物から柔らかい果
物まで、品数に自信あり！

星をスーパーコンピュー
タの中に作って観測的可視化カメラで撮影します。原始星ができる直前までフォーカス中！

店 長 特 選 の GRAPE を ふんだんに盛った大規模シ
ミュレーションで、宇宙の様々な構造の形成・進化を研究しています。

あっ、見つけた！

中村文隆さんのお店
NAKAMURA, Fumitaka★星団形成・星形成論★

お買い物は 7 ページへ！
先生にも教えてあげよう

いろいろなお店があるわ大須賀 健さんのお店
OHSUGA, Ken★ブラックホール宇宙物理学★

工藤哲洋さんのお店
KUDOH, Takahiro★天体磁気流体現象論★

宇宙生まれの可愛い金魚を育ててます！

打ち止め無制限で大サービス中です！

磁場の力で元気になりましょう！

さまざまな星々が生まれる星団は、金魚が群れる金魚鉢のよう。星・星団の形成過程を巧に掬い上げます。

今日も出しますジャン
ジャンばりばり！ ブラックホール降着円盤およびジェットの統一モデルを構築します。

ようこそパワースポッ
トへ。宇宙における磁場の重要性を解き明かします。決して怪しい
お店ではありません。

お買い物は 11 ページへ！
12

MAKINO, Junichiro★シミュレーション天文学★

お買い物は 6 ページへ！

面白い商店街だな

牧野淳一郎さんのお店

お買い物は 14 ページへ！

お買い物は 15 ページへ！

吉田春夫さんのお店
YOSHIDA, Haruo★力学系の可積分性の研究★

梶野敏貴さんのお店
KAJINO, Toshitaka★宇宙論と元素の起源論★

小久保英一郎さんのお店
KOKUBO, Eiichiro★惑星系形成論★

解 け る か 解 け な い か、
それが問題だ！

時空を自由に翔る舞姫をご覧ください！

ちりをかためて地球を作ります！

掘り出し物の力学全集を紐解き、力学系の可積分性の判定条件やシンプレクティック数値解法を研究しています。

素粒子・暗黒物質・暗黒エネルギーの正体と性質を突き止め、宇宙進化の謎と元素の起源を解明しまショー！

星くずの宇宙土に重力釉薬を用いてさまざまな天
体を焼きながら、太陽系
や地球、月の起源を解き明かします。

お買い物は 8 ページへ！

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あれは？

時代は変わっ
たねぇ

大きく
育つのよ
意外と
おしゃれだね星
固武 慶さんのお店
KOTAKE, Kei★高エネルギー爆発天体理論★
星をミゴトにキレイに爆発させます！
うちの自慢は、秘伝の宇宙最大ウルトラ 3 尺
玉 の 打 ち 上 げ！ 超 新星爆発の仕組みを明らかにしますよ！

お買い物は 16 ページへ！

濱名 崇さんのお店

町田正博さんのお店★観測的宇宙論★

★星形成過程の解明★

HAMANA, Takashi

アインシュタインのレンズで暗黒世界もくっ
きり見えます！
宇宙の進化と宇宙の大規模構造の形成進化を、当店ならではの重力レンズを利用して研究しています。

お買い物は 17 ページへ！

MACHIDA, Masahiro

ハンドメイドのきらきら
輝く星をお求めの方に！
さまざまな星アクセサ
リーも、基本的な製法はひとつ。冷たいガスの中で星が誕生する過程を解き明かします。

お買い物は 18 ページへ！
13

店主

大須賀 健

ブラックホール宇宙物理学
打ち止め無制限で大サービ
ス中です！

今日も出しますジャンジャンばりばり！ ブラックホール降着円盤およびジェットの統一モデルを構築します。
物理を全て考慮した輻射磁気流体シミュ●研究対象と手法
光さえも脱出できない強重力天体ブ

レーションを用いれば、多様な降着円盤

ラックホール、その周囲のガスは回転ガを統一的に理解することが期待されます。

ス円盤を形成しつつブラックホールに吸

私たちの研究では、降着円盤の多様ない込まれます。ガス円盤は光り輝き、円

状況を一つの数値計算コードで再現する

盤の一部のガスはジェットなって遥か遠ことに成功しました。ブラックホールが方まで噴出します。このようなブラック

大量のガスを引き付け、質量降着率の大ホール周辺での激しい現象を研究対象ときなガス円盤が形成されると、輻射圧加します。ブラックホール周辺からの強力

速型ジェットを吹きだす分厚い円盤が形な輻射やジェットは、星や銀河の形成・成されます。質量降着率がこれより小さ

進化にも重大な影響与えた可能性がありい場合、輻射冷却が効いて薄い円盤が現ます。ブラックホールはこの宇宙を形作れます。さらに質量降着率の小さい円盤

る陰の立役者かもしれないのです。

は、希薄な高温プラズマのガス圧で分厚

ブラックホール周囲のガス円盤（茶）から噴出する新型ジェット（緑）。白線は磁力線。

くなり、磁気ジェットを噴出することが大ブラックホールは、宇宙初期に既に存ナミクスを解き明かすためには、重力やブラックホール周辺の構造とそのダイ

示されたのです。

在していたことがクェーサーの観測から流体はもちろんのこと、輻射や磁場の効●最新の研究わかっています。ブラックホールへのガ果が重要と考えられます。つまり、これ

ブラックホール周囲の降着円盤からは、

ス降着史を解明することは、巨大ブラッらの効果を全て取り入れた輻射磁気流体

細くそして高速なガスの流れ（ジェット）

クホールの宇宙論的進化の解明への重要力学が必要です。複雑な輻射磁気流体力が発生します。このジェットの形成メカな足がかりとなるに違いありません。ま

学方程式を、スーパーコンピュータを用

ニズムは長年にわたって議論されてきまた、強力な輻射やジェットは母銀河の形

いて数値的に解いて研究を進めています。

した。磁場の効果で発生させるものや輻成や進化に甚大な影響を与えたと考えら●研究概要と成果

射圧で噴出するものが代表例です。しかれます。
「如何に巨大ブラックホールは成ブラックホール天体の光度や輻射スペ

し、磁気ジェットは大量のガスを噴出さ長したのか、そこで銀河はどのような影

クトルには多様性があります。そのため、せることができず、また、輻射圧ジェッ響を受けたのか、逆に、銀河の進化が如黒体輻射が卓越するものには標準円盤モ

トは流れを細くすることができませんで何にブラックホールの成長に影響を与え

デル、ベキ状のスペクトルを示すものにした。したがって、大量のガスを遠方にたのか」、
ブラックホールと銀河との相互は RIAF モデル、光度が極めて高い場合に運ぶパワフルなジェットの形成メカニズ

フィードバックを考慮し、巨大ブラック

はスリム円盤モデルを適用して理解してムは未解決でした。我々は輻射磁気流体

ホールの形成および銀河との共進化の問きました。しかしながら、各々の状況にシミュレーションで、この問題を解決す

題に取り組みたいと思っています。

応じてモデルを変えるのでは本当に物理ることのできる新たなジェットの形成メを理解したことにはなりません。ブラッ

カニズムを発見しました。それは、輻射

クホール周りで重要になる可能性のあると磁場の効果を巧妙に組み合わせた新型

ぴかぴかの店内でじゃんじゃん
出 し て く だ さ い！（ で も 大 半 は吸い込んじゃいますけど）14

ジェットモデルです。この新型ジェット
は輻射圧で加速され、大量のガスを噴出します。しかし輻射圧ジェットだけのよ
うに広がってしまうわけではありません。
磁力線がジェットの周囲にらせん状に巻
きつき、磁場の効果で細く絞るのです。
この成果は、新聞やネット、ニュートンや
日経サイエンス等で公表されました。
●今後の研究およそ全ての銀河の中心には巨大ブラックホールが潜んでいます。
また、
超巨

研究対象
ブラックホール周囲の降着円盤やジェットの物理研究概要
輻射磁気流体シミュレーション
で、多様なブラックホール降着円盤・ジェットの統一的な理解
最近の研究
新型ブラックホールジェットの発見
今後の研究
超巨大ブラックホール形成論、および巨大ブラックホールと銀河の
共進化

店主

工藤哲洋

天体磁気流体現象論
磁場の力で元気になりましょう！

ようこそパワースポットへ。 宇宙における磁場の重要性を解き明かします。 決して怪しいお店ではありません。
●研究対象と手法

それを宇宙ジェットと呼びます。宇宙

天体における磁場の重要性に着目し、ジェットは星やブラックホールの周りに磁場があることによって発生する天体現

あるガスの回転円盤（降着円盤）から噴出象を研究しています。具体的にはこれましていると考えられます。私は磁場によで、降着円盤、宇宙ジェット、太陽大気、る宇宙ジェットの加速の仕組みを研究し星間ガス、星形成などを研究対象としまました。その結果、磁場に貫かれた円盤した。磁場があることによって生じる物があると、最初に磁場が非常に弱くても、理的な現象が、スケールの異なるいろい

円盤の回転で磁力線がギリギリ巻きにねろな天体現象に共通に起こっている点にじられることで磁場が強くなり、最終的興味を持っています。

にはその磁気的な圧力で円盤の回転速度

宇宙に存在する物質の大部分は電子が程度の高速なジェットが噴出することを陽子から離れて自由に動ける状態にあり

準解析的に示しました。さらに、数値シます。このような物質には電流が流れる

ミュレーションの結果がその理論と一致ため磁場と相互作用して複雑な天体現象することを確認しました。これは、最初を引き起こします。その天体現象を解明の段階では磁場が弱かったとしても、回に磁場の存在は欠かせません。では、そするため主に磁気流体力学という物理を転があることで最終的には磁場が重要にの磁場はどこから来たのでしょうか？宇

用いています。そして複雑な現象を理解なるという天体現象のよい例です。

宙における磁場の起源は天文学におけるするため数値シミュレーションという手●最新の研究大きな謎の一つです。特に、私たちのい強い磁場を持ったガスから星が生まれる直前の様子。
線は磁力線。色の明るい所はガスの密度が高い。ガス
密度の高い中心部で星が誕生する。

法で研究しています。数値シミュレー

生まれたばかりの星から噴出しているる銀河系の中の磁場がどのようにして今

ションでは現象を再現するだけではなく、

宇宙ジェットは磁場で加速されているこあるような比較的強い磁場になり星の形

そこから非線形現象の物理を明らかにすとがわかってきました。
では、
星の誕生と

成などに影響を与えるようになってきたることを常に心がけています。

磁場とはどのような関係があるのでしょのかは興味深い問題です。そこで、今後●研究概要と成果うか？その謎を解明するため、最近は星

私は銀河系の磁場の問題に取り組んでい磁場の存在がその天体現象には欠かせ

間ガスから星が生まれる時の磁場の影響

きたいと思っています。その問題を解決ないと思う現象を研究してきました。特を調べています。星はガスの中から自分するヒントは私たちの銀河系が渦巻き銀に、以前に行った降着円盤から噴出する

自身の重力で引き合うことで生まれます。

河という回転している銀河であるという

宇宙ジェットの研究はよい成果をあげる

しかし、星が生まれるような星間ガスにことです。回転は磁場と相性がよく磁場ことができたと思います。

は磁場があることがわかっています。磁を増幅させるメカニズムを持っています。

生まれたばかりの星やブラックホー場があると反発力が働き星の形成をさま

銀河系の磁場が増幅し、それを強いまま

ルからは高速のガスが噴出しています。

たげます。最近の観測では星間ガスには維持していく物理的な仕組みを数値シ

かなり強い磁場があって星の形成を大き

ミュレーションなどによって明らかにし

くさまたげている可能性があることがわたいと思っています。

研究対象
磁場を持った星間ガスなど
研究概要
磁場と回転によって噴出する高速
ジェットの仕組みの解明
最近の研究
磁場を持ったガスから星へ
今後の研究
銀河系にある磁場の起源

ように星が生まれていくのかを研究しています。実はガスの中には超音速の流れがあることもわかっています。流れが衝突してガスを圧縮すると磁場の拡散を促進します。磁場がある程度拡散すると重力で引き合って星ができやすくなります。
その過程を数値シミュレーションで計算
しています。

弱い磁力でも秘伝の回転マッサージを行うことで活力が湧きます。

かっています。そのようなガスからどの●今後の研究星の形成や宇宙ジェットなど天体現象
15

店主

固武 慶

高エネルギー爆発天体理論
星をミゴトにキレイに爆発させます！

うちの自慢は、 秘伝の宇宙最大ウルトラ 3 尺玉の打ち上げ！ 超新星爆発の仕組みを明らかにしますよ！
めには少なくとも、観測される超新星爆●研究対象と手法
超新星爆発・ガンマ線バーストなど、大発の様子を理論的に再現することが不可

質量星の最終段階を彩る大爆発現象を研欠です。そのためには、数値シミュレー

究対象にしています。このような爆発現

ションが不可欠なツールとなってきます。

象がどのような仕組みで起こるのか、理

ただ、これまでのシミュレーションの大論的に解明することを目指しています。

部分は簡単化のため、星がまん丸、つま重い星がその一生を終える際に引き起り星が球対称であることを仮定してきた

こす超新星爆発、その最期を彩る灯火（とせいで、爆発を再現することができませもしび）は、太陽の 100 億倍もの明るさんでした。一方で超新星の中心部では、になることもあります。超新星爆発は一

味噌汁を温めたときのように、物質はよ天体現象でありながら、ブラックホール・

り内側からニュートリノで温められるの中性子星・ガンマ線バーストなど様々なで、対流運動なども起こっていることが興味深い天体現象と関連があることから、予想できます。このような球対称性を仮

恒星進化論の最重要テーマの一つとなっ定している限り扱うことができない多次ています。私たちは、スーパーコンピュー

元（2 次元や 3 次元）の効果が、爆発の仕タを駆使した数値シミュレーションを行

組みを理解する上で本質的な役割を果た

い、大質量星がその進化の最後に到達す

すことを明らかにすることができました。

る様々な最終形態の全体像を明らかにし、これが私たちのこれまでの研究のエッセ

ズムの理解には欠かせないことを明らか

恒星進化論に統一的な描像を与えることンスです。

にすることができました。

を目指しています。

●最新の研究●今後の研究●研究概要と成果

世界中のグループが日夜、爆発メカニ

上で述べてきたような理論モデルの研40 年にわたるこれまでの理論研究のズムの謎に取り組んでいる中、私たち国究が急速に進歩しているように、観測面中で、最も有力な爆発シナリオと考えら

立天文台のグループはニュートリノ加

でも新たな展開が起きています。検出がれているのは、「ニュートリノ加熱メカニ

熱の効果を含む 3 次元の超新星爆発のシ非常に難しいニュートリノや重力波によズム」と呼ばれるものです。実はこのシナ

ミュレーションをいち早く行うことに成る宇宙の観測が、今や可能になりつつあ

リオ、小柴先生たちの超新星からのニュ

功しています（図）。球対称のときに比べります。アインシュタインの一般相対論

ートリノ検出成功によっても大筋が正し格段に爆発を引き起こしやすいことから、が予言する重力波は、その信号が大変小いことが分かっています。では、いった

3 次元シミュレーションが超新星メカニ

さく、これまで誰も検出に成功していまい何が問題なのか？

せん。検出に成功すれば、間違いなく

これが私たちの研

究の最も大事なポイントとなっています。
理論天文学者が「爆発のメカニズムを理解した！」と自信を持って主張するた最 新 の 起 爆 装 置・ 特 別 調 合 し た
花 火 玉 を 使 っ て、 き れ い な 花 火を夜空に咲かせます。

16

3 次元シミュレーションによって明らかにされた超新星が爆発を起こす瞬間の様子。超新星爆発は、打ち上げ花火のように真ん丸（球対称）に起こるわけではな
く、非常に複雑な対流運動を伴いながら（矢印が流体の運動方向をあらわす）、非球対称に起こることが見て取れます。この結果は、国立天文台スーパーコン
ピュータ・クレイ XT4 で計算したものです。

研究対象
超新星爆発、ガンマ線バーストなど高エネルギー天体現象と高密度天体におけるニュートリノ、重力波、元素合成プロセスの解明
研究概要
スーパーコンピュータを駆使した成果に基づき、新しい爆発シナリ
オを構築

ノーベル賞クラスの業績だといわれています。物質に対する透過力が高いニュートリノや重力波は、星のコア（中心部）
で生成されるとすぐに星の外に出て、私たちにダイレクトに届きます。一方、爆発の際にコアから放たれる光は、星の外に出てくるまで外層部で様々な過程を経験してしまい、コアの情報はロスしてし最近の研究
3 次元の超新星爆発シミュレーション

まっています。つまり、重力波やニュー今後の研究
次世代観測で明らかにする超新星のエンジン

ライブ・メッセンジャーといえます。今トリノは、コアのダイナミクス、つまり爆発メカニズムを私たちに教えてくれる
後は、このような先進の観測も見据えた理論研究を更に強化していきます。

店主

濱名 崇

観測的宇宙論
アインシュタインのレンズで暗黒世界もくっきり見えます！
宇宙の進化と宇宙の大規模構造の形成進化を、 当店ならではの重力レンズを利用して研究しています。
●研究対象と手法す。実際にこの手法をすばる望遠鏡で得る特徴的なパターンを生成することが分

宇宙は何で出来ているのか？ 宇宙膨られた 20 平方度におよぶ撮像データに

かってきました。

張の歴史、またこの先、宇宙はどうなる適用しました（国立天文台の宮崎聡さん●今後の研究のか？ 宇宙の構造はどのように形成進たちとの共同研究です）。その結果 100

重力レンズ効果を利用して宇宙の 3 次化してきたのか？ こういった宇宙の大

個もの暗黒物質の巨大構造を発見しまし

元暗黒物質地図を作ろうとしています。

域的進化に関する謎が研究対象です。こた。これらは銀河団の母体になっている

現在、宮崎聡さんをリーダーとして次期れらの謎の鍵を握るのは、「暗黒物質」と構造だと考えられ、実際同じ場所に銀河

す ば る 主 焦 点 カ メ ラ「Hyper Suprime-「暗黒エネルギー」と呼ばれている正体不の集団が発見されています。また暗黒物

Cam」の開発が進められています。これ

明の物質です。これら謎の物質は宇宙の質分布のスペクトラムを測定する事にもにより視野が現在の主焦点カメラの 7 倍進化に多大な影響を与えていますが、通成功しました。

になりサーベイ効率が格段に向上します。

常の天文学的手法で直接観測することは●最新の研究この装置を用いた広域撮像観測計画が日先に述べたように、重力レンズ効果に本、台湾、プリンストンの研究者によりたちが観測できる天体にその存在の痕跡

よって遠方銀河の像が歪められる現象を検討されています。この計画が実現するを残します。私は、どんな痕跡を残して利用して暗黒物質分布を測定しています。

と、様々なサインエンスが展開されるといるのか、そしてどうすればそれを観測

ところで、はるか遠方宇宙の天体から期待されています。私は 1000 平方度以できるかを理論的方法や数値実験を用いやってきた光は望遠鏡に届く前に地球大上の領域にわたる 3 次元暗黒物質地図をて研究しています。また、実際にすばる

気を通過するわけですが、大気内にある作成する事を目指しています。暗黒物質

望遠鏡などで得られた観測データの解析

大気の流れが乱れた層を通る際にも天体の空間分布データは、宇宙の構造進化やを行い、謎の物質の痕跡を探しています。

像は歪められます。地球大気による像の暗黒物質の正体を探る上で基本的かつ重●研究概要と成果

変形は、重力レンズの研究においては邪要な情報です。また暗黒物質構造は銀河

アインシュタインの一般相対性理論に魔者なので、なんとかして消し去らなけ

や銀河団の母体となっていると考えられ

よって予言された重力レンズという現象

ればなりません。現在は経験的な手法にているので、銀河の形成進化研究にも新を研究の道具としています。一般相対性

よって消し去っていて、それはまあまあ

たな知見が得られることが期待されます。

理論によれば重たい物体があると時空が成功しているのですが、もっと高精度な

さらに、暗黒エネルギーは構造の進化に歪み、そこを通ってきた光の軌跡は重た消去法を開発したいと考えています。
「敵影響を及ぼすので暗黒エネルギーの正体

い物体が無かった場合に比べ曲がったよ

を倒すにはまず敵を知るべし」と昔からにつながるヒントも得られると考えられ

うに観測されます。また銀河のように広言われていますので、大気乱流による非ています。

がりを持つ天体の像は歪められます。ま等方 point spread function（点光源の広るで物体の重力が光学レンズのような働がり）生成についての研究を始めました。

きをするので重力レンズと呼ばれていま

大気乱流による非等方 PSF は大きなスす。通常のレンズ（例えば虫眼鏡）は研

ケールほど強い振幅を持つベキ乗則スペ

究対象を拡大して観察するために使われクトラムをなし、最大で数十分角にわたます。虫眼鏡のレンズの性質は分かって

アインシュタインが発明したレンズを使って暗黒世界が見られるメガネを開発しました。

出来ません。しかし銀河や銀河団など私いるので研究対象が何倍に拡大されて観測されているのか分かるわけです。重力レンズの場合はその逆です。遠方銀河の姿を重力レンズを通して見たときの歪みを観察してレンズの性質を調べるのです。
研究対象は遠方銀河ではなくレンズ、すなわち重力源である暗黒物質なのです。
私たちは非常に遠方の銀河像の歪みを調べることで、レンズの役割をしている暗研究対象
宇宙の組成、宇宙の大規模構造、銀河団、重力レンズ
研究概要
すばる望遠鏡で得られたデータの重力レンズ効果を解析して暗黒物
質分布のスペクトラムを測定
最近の研究
大 気 乱 流 に よ る 非 等 方 PSF パ
ターンの生成今後の研究
宇宙の三次元暗黒物質地図を作ろうとしています。

黒物質の性質（空間分布）を調べていま
17

店主

町田正博

星形成過程の解明
ハンドメイドのきらきら

星

輝く星をお求めの方に！

さまざまな星アクセサリーも、 基本的な製法はひとつ。 冷たいガスの中で星が誕生する過程を解き明かします。
●研究対象と手法
太陽のように自分自身で輝いている恒ジェットが現れるメカニズムを解明する

分かりました。このような円盤は、中心ことです。

の星から十分離れた場所でもガス惑星を星がどのように誕生したのかを研究して計算技術の発展とコンピュータ性能のいます。また、星が誕生する瞬間に現れ向上により、近年、分子雲コアの中で星る原始星ジェットという現象や、非常にが出来るまでを直接計算することが可能

木星や土星のような巨大ガス惑星の周

若い星の周りで作られる円盤、その円盤になりました。このような計算によっりには多くの衛星が周回しています。この中で出来る巨大ガス惑星の形成について、ガスの塊からどのようにして星が生れらの衛星の中で巨大なものは規則衛星ての研究も行っています。

まれたのかを解明することが出来ました。

と呼ばれ、太陽系の惑星のように惑星の●今後の研究星は、低温で濃いガスの塊の中で生ま生まれたばかりの星は、太陽の 1000 分

周りを規則正しく回っています。しかし、れます。星が生まれる現場は、この濃いの 1 程度の質量しか持っていません。ここれらの衛星は、巨大ガス惑星のごく近ガスのために霧がかかったような状態にれは、木星の質量とほぼ同じです。この傍にのみにしか存在しません。
これは、太なっていて、どんな望遠鏡を使っても見ように生まれた当時非常に軽かった星は、陽系の惑星が非常に遠方まで広がってい通すことが出来ません。星がどのように

その後、徐々に質量を増やしながら成長ることと大きく異なります。規則衛星も誕生したのかを解明するために、スー

していきます。この質量を増やしていく

木星や土星が誕生する際に出来る円盤のパーコンピュータを用いてシミュレー

過程で、星の周りに円盤が出来ます。後中で誕生したと考えられます。したがっション（模擬実験）を行い、この低温ガに、この円盤の中で惑星が誕生すると考て、ごく近傍の規則衛星の存在は、惑星

スの塊の中で、熱い星が出来るまでを計えられます。また、星が成長する過程での周りにできる円盤が太陽などの恒星の算をしています。このシミュレーション

は、磁場の力によってジェットが駆動す周りにできる円盤とは異なり非常に小さによって、星がどのようにして誕生する

ることが分かりました。このジェットは、かったのではないかと考えられます。シ

のかを理解することが出来ます。

最初に分子雲コアがもっていた余分な回

ミュレーションで巨大ガス惑星の周りに●研究概要と成果

転（角運動量）を星間空間に吐き出すとできる円盤を調べたところ、現在の衛星

太陽のような恒星は、分子雲コアと呼いう役割を持っていて、星が成長するたの軌道とほぼ同じ領域に小さな円盤が生ばれる天体の中で産まれます。この分子めに重要な役割を果たしています。そのまれることが分かりました。これは、規雲コアは、太陽半径の 100 万倍以上の後、星の質量が十分増えると、内部で核則衛星の形成と惑星の周りにできる円盤

大きさを持つ、低温のガスの塊です。星融合反応が始まり太陽と同じような大人に密接な関係があることを意味していまは、このガスの塊が自分自身の重力にの星になります。

す。今後、衛星を構成する固体成分の運よって収縮して誕生します。 産まれた

●最新の研究動も考慮しながら衛星の形成過程をさらばかりの星からは、原始星ジェットと呼夜空を見あげると多くの星が輝いていばれる高速のガス流が観測されていまます。様々な望遠鏡によって、これらのす。また、非常に若い星の周りには、惑

星の周りにも我々の太陽系と同じように星形成の母体となる円盤も現れます。こ惑星が存在していることが観測されていの研究の目的は、星の誕生や円盤の形成、ます。しかし、いくつかの惑星（系）は、

特 殊 な 製 法 に よ り、 冷 た い
ガ ス の か た ま り か ら、 き ら
きら輝く星を作っています。

我々の太陽系とは大きく異なっていることが分かりました。
例えば、巨大なガス惑
星が中心の恒星から非常に遠く離れた領域を周回している系も存在します。これ
らの惑星は、太陽系とは異なるメカニズ
ムで誕生したのかもしれません。このような惑星がどのようにして出来たのかを調べるために、シミュレーションによって、星が誕生した後に出来る円盤の性質を調べています。多くの場合、星の周りで出来る円盤は非常に大きく重いことが18

作り出すことが可能です。

に詳しく調べていく予定です。

研究対象
星、円盤、ジェット、巨大ガス惑
星、衛星など研究概要
スーパーコンピュータを用いて、ガスの塊から星が出来るまでの過
程を再現
最近の研究
円盤の中での巨大ガス惑星の誕生
今後の研究
巨大ガス惑星の衛星系の形成

●国立天文台（NAOJ）理論研究部商店街のショッピングはいかがでしたか？ いろいろなお店を巡って、お疲れのようなら、ちょっと一休みして、お茶でも召し上がっていってください。商店街の店主たちの憩いの店でもある「Café Riron」は、こちらです。

幼い頃、よく宇宙の果てについて考えてい店の集まりと言われますが、たくさんの専門ました。当然答えは見つからず、いつしかそ店が軒を連ねる賑やかなバザールのようです。

れは私の中で忘れられてしまいました。とこ

その奥は、深く入っていくと別の場所につなろが、数十年が経ち、縁あって、その「不思がっていたりもします。店主は誰も自分の店議」を日々研究している人たちの中で働くこが最高の品を揃えていることに自信と誇りをとになりました。お茶を飲みながらも熱く議持っています。この妖しくも魅力的な空間を論する姿を見ていると、遠くにあるはずの銀

楽しむゆとりを持ちつつ、これからも事務的

河や様々な天体現象が、彼らの手の中にあるな支援ができれば幸いです。
（理論研究部パように思われ、一緒にそれを見せてもらってンフレット『理論研究最前線・理論のお茶部

いる喜びを感じます。理論研究部は、個人商

屋』より）

店番

泉 塩子（理論研究部秘書室）

国立天文台 2011 年特製カレンダー“The Universe in a Computer”『国立天文台ニュース』12 月号（定期発行分）のの望遠鏡”ともいわれ、いまや天文学研究の大恒例の別冊付録は国立天文台特製カレンダーできな柱となっています。国立天文台ではシミュ

歳末セール！

す。今年は、理論研究部と天文シミュレーショ

レーション天文学で得られたさまざまなデータ

ンプロジェクト（CfCA）、
4 次元デジタル宇宙プの可視化の研究にも力を入れ、理論研究の可能

別冊プレゼントのお知らせ

ロジェクト（4D2U）の協力を得て、数々の最新性を広げる努力を続けています。
“The Universe

天文情報センター出版室

天文学シミュレーション画像をまとめた“Thein a Computer”には、その成果画像が数多くUniverse in a Computer”をお届けします。理盛り込まれています。本誌の特集記事と合わせ論研究を基礎とするシミュレーション天文学は、て、理論研究が描き出す「もうひとつの宇宙の計算機科学の長足の進歩ともあいまって“理論姿」をお楽しみください。

カ レ ン ダ ー 本 編 の 12の画像は、月の誕生から宇宙大規模構造の形
成まで…、そのテーマ
は天文学の全領域に及びます。最後の見開きページでは、4 次元デジタル宇宙プロジェ
クトが開発した宇宙ビューワ「Mitaka」による、地球から宇宙の果てに至る宇宙の旅も集録しています。

19

理論の望遠鏡を駆使し、さらに「すばる」や「アルマ」とも連携した研究をめざして
富阪幸治（理論研究部主任）
さて「理論研究部商店街」、お楽しみ
いただけたでしょうか？

20

商店街に何度も登場したスパコン、もまた理論研究部は、国立天文台のすば

国立天文台理ちろん計算機ですが、私たちにとってはる望遠鏡やアルマ望遠鏡（アタカマ大型論研究部は、国内で最も多数の理論天文宇宙に関する仮説を実験し、モデルを

ミリ波サブミリ波干渉計）といった大型研究者を擁しているグループで、その研確かめるための観測家にとっての望遠の観測装置を駆使して進められている観究分野は理論天文のすべての分野と言っ鏡、そう「理論の望遠鏡」といえるもの

測研究と強く連携した理論研究を進めたてもよく、宇宙論から銀河・銀河団、星、なのです。物理学者にとっては KEKB や

いと考えています。その一端は「商店街」

星間物質、ブラックホール、超新星、惑SPring-8のような大型実験装置といってにも書かれていますが、すばる望遠鏡や星系、そして力学系にまで及んでいます。

もよいでしょう。私たちは、このスパコ

アルマ望遠鏡を使って、理論的な予測を日本の理論天文学の研究の最先端を担いンをシミュレーションのために自分たち証明していく研究、正体の分からない天

つつ、一方で理論天文学研究者が共同でが使うだけでなく、天文シミュレーショ

体を理論的に突き止めていく研究などを研究を行うセンターの役割を果たしていンプロジェクトという組織を作って、全さらに進めていきます。シュプリーム・ます。研究部での研究もその多くが共同

国の理論研究者が 365 日、
24 時間利用でカム（主焦点広視野カメラ）の 7 倍もの研究の成果です。「商店街」ではあまりきるよう万全を尽くしています。シミュ

広視野を持つハイパー・シュプリーム・

触れられませんでしたが、大学院生対象

レーションの結果は、4 次元デジタル宇

カムのすばる望遠鏡への取り付け、これのサマースクール、ウインタースクール、

宙プロジェクトを通じてドームシアター

までにない分解能が達成されるアルマ望

研究部に 1 か月間滞在する滞在型研究員で上映されるとともにムービーが公開さ

遠鏡の観測開始が近づき、どんな新しいなどにも協力して積極的に取り組んでいれていますので、ご覧になった方も多い

発見があるのか、研究部一同、気合いを

ます。

でしょう。

入れ直しているところです。

2010

09 2 1

01

No.

おしらせ

はやぶさの大気圏再突入の観測結果を天文学会で記者会見
渡部潤一（天文情報センター）
ことがわかった。
また、
カプセルは分裂した－」という副題で記者会見を行ったのはやぶさ探査機の大気圏再突入観測をない単一の流星として解析ができる。こである。タイミング、わかりやすさ、そ行ったことは、7 月号で速報したとおり

ちらの明るさは金星ほどだったが、そのしてなにより「はやぶさ」人気がもののである。その結果がある程度まとまり、発光効率（どの程度のエネルギーが光と見事にあたった。事前の取材も多く、会

天文学会に 4 件の報告をすることになっして発光したか、と言う流星天文学にお見に出られなくても記事にしてくれるメ

た。申し込みを終え、ほっとしていると、ける最も基本となる物理量）
が最大 0.8%

ディアも多かった。会見後に打ち上げを理事から「この研究成果を記者会見で披に達したことがわかった。さらに分光観している居酒屋には、ひっきりなしに電露しないか」という話が舞い込んできた。

測からは、本体の輝線だけでなく、カプ話がかかってきた。久しぶりにグランド学会の記者会見に適切かなぁ、とも思い

セルの耐熱シールドの温度上昇のためのスラムを達成し、日本天文学会の名前をながら、共同研究者に了解を取った上で、連続光がわずかに見えていて、数千度に露出させることに成功した。これは、わ

何を目玉にするか議論をはじめた。4 件達していたことなどがわかってきていた。

れわれの発表を取り上げようと判断したの発表はどれも意義深いからである。

●はやぶさ、名月の舞い

学会理事の明察だったことは間違いない●はやぶさ流星の解析

大規模な日本独自の人工流星の実験と会見内容には、その 4 件の発表結果をして、はやぶさ探査機のカプセルは耐熱

並列することにしたのだが、打ち合わせ

シールドで保護されながら、高温となり、中に、記者会見の予定日が 9 月 21 日で、 収された多数の微粒子が、小惑星イトカ

明るく光りながら落下していった。本来

実は中秋の名月が翌日であることに気づワのものであることが判明した。われわの予定にはなかったが、探査機本体も大いた。

れの研究は日本惑星科学会でも紹介させ気圏に再突入し、バラバラになって燃え「本体発光の最大光度って、どのくらいて頂いたが、いずれにしろはやぶさ探査

尽きていった。筆者は特に、本体の分裂

だっけ？」
。

機は、日本の惑星科学にとって歴史的なに興味があり、その破片のサイズ分布の「マイナス 13 等クラスですね」。

成果になったことは間違いない。

べき指数が約 1 ～ 1.5 と、自然の天体の「これ、満月の明るさくらいだよねぇ…」。

分裂現象よりも小さいことを見いだして「それじゃ、キャッチコピーは、中秋のわれわれが観測地に選んだ場所には、ぽいた。分裂現象の破片が、内部構造を示

名月かな」
。

つねんと朽ち果てた廃車がうち捨てら唆する強い証拠であった。また、分裂す

満月の写真等級はマイナス 12.66 等。

だろう。
さらに 11 月になってカプセルから回ところでひとつ面白い事実も判明した。

れていた。帰国後に調べてみると、そる流星としての本体の発光の時間変化や、

2010 年中秋の名月、つまり 9 月 22 日 23の車は驚くべき事に 1960 年型の FORD

その明るさも導出していた。17 台も持時の月の位相角は約 10°で、月までの距“FALCON”、つまり「はやぶさ」だっち込んだ機材のほとんどで、最大光度の離の変化や大気減光や誤差などの細かなたのである。われわれの広視野画像には、部分が飽和してしまっていたため、静止要素を無視すれば、マイナス 12.4 等とな

地上のはやぶさと、探査機のはやぶさが画像のゴーストを用いて光度を導出した。

る。これだ、ということでキャッチコピー

両方写っているものがあった。これをわ探査機本体の最大発光時の明るさは、マが決まった。こうして、「－その最後の輝れわれは「奇跡のツーショット」と呼ん

イナス 13.0 等と満月よりも明るかった

きは“中秋の名月”を超える明るさだっでいる。

突入してきた本体の最大発光時と、そのゴースト像（赤）。画像左端に写っている本体より先行している光点がカプセル。
（撮影／国立天文台観測隊：飯島 裕）

21

07

!
A
M
L
a
o
A
d
i
Bienven

モットーは「愛のある開先端技術センター・
ALMA 推進室
藤井泰範

発！！」

アルマバンド 10 受信機開発
アルマ望遠鏡●傭兵部隊？？

（2 偏波 DSB）になります。スペースとし

私は大学を卒業してから、天文機器製ては比較的自由に使うことができるため、造会社に就職し、2 年後に NASDA（現

視認性・組み立ての容易性をできるだけ

JAXA）に 4 年間出向し宇宙ステーション

取り入れながら設計を行ってきました。

搭載サブミリ波リムサウンダー（JEM/●バンド 10 受信機・評価系

SMILES）の初期SISミクサの開発に従事しました。再び会社に戻った後、しばらく

バンド 10 受信機は DSB 受信機構成を
図 2 プロトタイプカートリッジにて、遂に両偏波
ALMA 雑音スペックを達成！！

採択したため、SIS ミクサ単体評価系はにかかわるようになりました。NASDAに組み込み、測定評価をふまえて設計をントの要素試作につながります。評価系のミッションも ALAM バンド 10 のミッ

変更していくという泥臭い試作を繰り返を構築している過程で見つかるコンポー

ションも配属直後は実験室に何もないよ

すことにより段階的に性能向上を目指し

ネントの不都合・改良もどんどん受信機

うな状態から始まり、設計資料をかき集ていきました。その結果、世界最高性能

設計のほうにフィードバックしていきま

めたり測定系の準備をしたりと、さながのサブミリ波（テラヘルツ）受信機の実す。また、SIS ミクサ評価系はそのまま

ら戦場の様な状態でした。さらにバンド現を得ることができました（国立天文台

カートリッジ評価系に移行できるように

10 チームは外国人比率も多いため、会話

ニュース 2009 年 8 月号）。またこの結果

先行しているバンド 4/8 チームの協力をはつたない英語と日本語で乗り切ってきが評価され超伝導科学技術賞と言う栄誉得ながら構築していきました。

ました。

ある賞を受賞することができました（国●バンド 10 受信機・これから●バンド 10 受信機・SIS ミクサ

立天文台ニュース 2010 年 5 月号）。

バンド 10 受信機はこれまで試作を繰●バンド 10 受信機・受信機構成

り返し、現在は製品に近い形でのプロトしてから ALMA バンド 10 受信機チーム

すでに、ALMA 連載 04 特別編「アルそのままカートリッジ受信機コンポーネマ、日本が開発した受信機で、初スペク

バンド 4/8 カートリッジ受信機では導タイプ機（図 1）で数々の評価を行ってトルを取得！」、連載 06「アルマ バンド

波管方直交偏波分離器（OMT）と導波管おります。またこのプロトタイプ機にお4/8 受信機の開発」でバンド 4/8 の紹介

型２SB ミクサを搭載し直交 2 偏波かついて初めて両偏波同時にアルマの非常にがありましたが、バンド 10 はその数字

USB/LSB 同時観測が行えます。

厳しいスペックを達成することができまが示すようにさらに高い周波数帯（787

一方、バンド 10 では SIS ミクサそのした（図 2）。とは言え、まだ本作へのス～ 950GHz）を狙います。この周波数帯

ものがチャレンジングな開発要素である

タートライン一歩前といったところです。

ではバンド 4、バンド 8 で使用できた超ためシンプルな DSB 受信機構成を採用製品に近い形とは言え細かい不都合はい

伝導体「ニオブ（Nb）」が抵抗として働しました。また、バンド 10 の導波管サくらでも出てきますし、ここをこうしたいてしまうため、そのままでは損失を嫌

イズは0.304mm×0.152mmの極小サイ

ら組み立てが容易になるだろうな、とう低雑音受信機には使うことが出来ませズ。髪の毛の太さ2本分ではOMTのよういった改良点も出来るだけ組み込むようん。そこで、別の超伝導体「窒化ニオブ

な複雑な導波管回路を製作するのは難易にしています｡ 何せ 70 台近い受信機をチタン（NbTiN）」を情報通信研究機構未度が高すぎます。そのためバンド 10 で製造するために出来るだけやれることは

来 ICT センターの協力を得て開発を行な

は光学的にワイヤグリッドで偏波分離しやっておこうと思っています。これからい、損失の少ない良好な超伝導特性を有た後にそれぞれ SIS ミクサで受信する方もよりいっそうのご協力のほどよろしくする薄膜を式を採用しました。このように光学的にお願いいたします。

製作するこ

分離する方式ではその機械加工精度が性とに成功し能に直接影響を及ぼします。いくつも設ました。こ計・試作・評価を行なって何とか開発ののNbTiN薄目処が立ってきました。

図1

膜と SIS 接

さて、この SIS ミクサと光学系が何合としてはとかなれば後の IF 系は周波数帯が 4 ～実績の高い

12GHz とこれまでより広帯域とはいえNb・AlOx・

すでに開発が終わっている製品を利用す

Nb を 回 路

ることができ、バンド 4/8 の IF4 系統（2

バンド 10 受信機プロトタイプ機。

偏波 USB/LSB）に比べて半分の 2 系統

22 ＊ Bienvenido とはスペイン語で「ようこそ」の意味です。

図 3 小学校での特別授業も（じつは PTA 会長だったりするのです・笑）。

●平成 23 年度共同開発研究等の公募のおしらせ
国立天文台では平成 23 年度共同開発研究等を公募しています。くわしくは以下をご覧ください。

http://www.nao.ac.jp/pio/kouryuu/

人 事異動
研究教育職員
発令年月日

氏名

異動種目

異動後の所属・職名等

兼務免ALMA 推進室チリ事務所事務部事務長の兼務を免ずる

真也

採用

電波研究部助教（ALMA 推進室）

秀行

昇任

光赤外研究部准教授（岡山天体物理観測所）

泉浦

秀行

併任

岡山天体物理観測所長に併任（平成 26 年 3 月 31 日まで）

平成 22 年 10 月 1 日

松本

晃治

昇任

電波研究部准教授（RISE 月探査プロジェクト）

電波研究部助教（RISE 月探査プロジェクト）

平成 22 年 10 月 1 日

神澤

富雄

昇任

光赤外研究部主任研究技師（ハワイ観測所）

光赤外研究部研究技師（ハワイ観測所）

平成 22 年 10 月 1 日

佐藤

克久

昇任

電波研究部主任研究技師（水沢 VLBI 観測所）

電波研究部研究技師（水沢 VLBI 観測所）

平成 22 年 10 月 1 日

武士俣

健

昇任

電波研究部主任研究技師（水沢 VLBI 観測所）

電波研究部研究技師（水沢 VLBI 観測所）

平成 22 年 10 月 1 日

森田

耕一郎

配置換

電波研究部教授（ALMA 推進室チリ事務所）

電波研究部教授（ALMA 推進室）

平成 22 年 10 月 1 日

鎌崎

剛

配置換

電波研究部助教（ALMA 推進室チリ事務所）

電波研究部助教（ALMA 推進室）

平成 22 年 10 月 1 日

立原

研悟

配置換

電波研究部助教（ALMA 推進室チリ事務所）

電波研究部助教（ALMA 推進室）

平成 22 年 10 月 1 日

田中

伸幸

配置換

光赤外研究部主任技術員（重力波プロジェクト推進室） 太陽天体プラズマ研究部主任技術員（太陽観測所）

平成 22 年 10 月 1 日

斉藤

守也

配置換

自然科学研究機構事務局財務課技師（鈴蘭連絡所）

平成 22 年 10 月 1 日

櫻井隆

併任解除 岡山天体物理観測所長事務取扱を免ずる

平成 22 年 11 月 1 日

川村静児

併任解除 重力波プロジェクト推進室長の併任を解除

平成 22 年 11 月 1 日

藤本

眞克

併任

氏名

異動種目

康人

採用

平成 22 年 9 月 1 日

小笠原

平成 22 年 10 月 1 日

小麥

平成 22 年 10 月 1 日

泉浦

平成 22 年 10 月 1 日

隆亮

異動前の所属・職名等

光赤外研究部助教（岡山天体物理観測所）

太陽天体プラズマ研究部技師（太陽観測所）

重力波プロジェクト推進室長に併任（平成 24 年 3 月 31 日まで）

事務職員
発令年月日
平成 22 年 11 月 1 日

N

ew

山藤

異動後の所属・職名等

異動前の所属・職名等

事務部総務課総務係

Staff ニュースタッフ
山藤康人（やまふじ やすと）
所属：事務部総務課総務係
出身地：埼玉県

11 月 1 日付で国立天文台事務部総務課総務係に新規採用されました山藤康人と申します。
今年 3 月に大学を卒業してからようやく就職氷河期への旅路を始める向こう見ずで、つい先ごろまで世間の厳しさと冷たさに心は凍えてしまいそうでした。全ては己の不徳の致したところですが、そのようななかで国立天文台との縁を勝ち得たことは望外の幸せであります。まだまだ未熟者につき、皆々様方に多大なるご迷惑をお掛けすると思いますが、一所懸命に職務に励みますのでご指導のほどよろしくお願いいたします。

編 集後記
11 月に西から東（三鷹）にやって来ました。杜の都で育ったので三鷹の森は和みます。これからどんな毎日がやってくるのか楽しみです。みなさま、
どうぞよろしくお願いします！
（S）
雪降る英国で久しぶりに集中してコード開発。バグとりもまた楽しからずや？ 帰国後は今回の特集作りにカレンダー作りなど、師走らしく走ってました。また楽しからずや？（e）
羽田発の国際線を始めて利用してみました。私の住んでいるところから羽田まで出かけるのに結構時間がかかるので、近くて便利という感じはあまりしなかったというのが正直なところですが、便の選択肢が増えるのはよいことです。（K）
エコ生活と言うのはエネルギー消費効率を良くする生活なのか、それともエネルギー消費量を下げる生活なのか。究極的には生活範囲を狭めることがエコ生活ではないかと思われます。でも、経済の活性化とは逆行しそうですが……。（J）
中国で二足歩行するパンダ発見？ と見紛うニュース映像を見て我が家の食卓は止まった。実際は着ぐるみを着た飼育員だったのですが、そういえば、レッサーパンダの風太君はどこに行ってしまったんだろう、と一年を振り返る年の瀬です（←今年じゃないか）。
（κ）

国立天文台ニュースNAOJ NEWSNo.209 2010.12
ISSN 0915-8863© 2010 NAOJ

（本誌記事の無断転載・放送を禁じます）

発行日／ 2010 年 12 月 1 日
発行／大学共同利用機関法人 自然科学研究機構
国立天文台ニュース編集委員会〒181-8588 東京都三鷹市大沢 2-21-1
TEL 0422-34-3958
FAX 0422-34-3952

国立天文台ニュース
1 月号の研究トピックス
は、すばる望遠鏡が捉えた
電離水素ガス雲の発見。す次号予告

さぁ、本号は編集委員会としてはかなり冒険しました。評価はどうなるか、気になるところですが……。
（W）

ばるのメンテナンスの記事も必読。お楽しみに！

国立天文台ニュース編集委員会●編集委員：渡部潤一（委員長・天文情報センター）／小宮山 裕（ハワイ観測所）／寺家孝明（水沢 VLBI 観測所）／勝川行雄（ひので科学プロジェクト）／佐藤友美（ALMA 推進室）／小久保英一郎（理論研究部）●編集：天文情報センター出版室（高田裕行 / 山下芳子）●デザイン：久保麻紀（天文情報センター）★国立天文台ニュースに関するお問い合わせは、上記の電話あるいは FAX でお願いいたします。
なお、国立天文台ニュースは、http://www.nao.ac.jp/naojnews/recent_issue.html でもご覧いただけます。

23

09
・天体名 / 流星・観測装置 /UV-I.I.-HDTV 流星分光器
・波長データ / 紫外−可視光線

流星のスペクトル●渡部潤一（天文情報センター）

流星は、地球大気に高速で飛び込んできた小さな塵粒が、衝撃加熱によって高温となり、塵粒から溶解した成分と、もともとの大気成分とが混じり合い、数千度という高温プ
ラズマとなって発光する現象である。隕石落下を伴うような火球と呼ばれる大流星や、人工衛星の大気圏再突入の場
合は、加熱された本体の連続光が検出されることもあるが、通常の流星でのスペクトルは基本的には輝線の集合である。
流星本体起源であるカルシウムやマグネシウム、ナトリウ
ム、鉄などの輝線と、主に大気起源である窒素や酸素などの輝線が目立つ。流星を観察すると、しばしば色が付いて見えるが、肉眼で感じる色は、こういった何種類かの輝線の組み合わせによるものである。
ただ、対地速度・突入角度の違いや、発光高度の差によ

図2 しし座流星群の流星のスペクトル画像。

る物理・化学的環境の差、そしてもともとの流星体の個体差などによって、輝線の種類や強度比は大きく異なっている。最近では同じ流星群に属する流星でも、特にナトリウムなどの揮発性元素の含有量が異なっているらしいこともわかってきた。流星の母親である彗星との関係においても、
難揮発性物質のサンプルとして、流星のスペクトルは注目されている。流星が過ぎ去った後、飛跡に沿って煙のような痕跡「流星痕」が残ることがある。数秒後には消えてしまう短痕と、数分から時には 1時間近く発光し続ける永続痕とがあり、永続痕は窒素分子バンドとされているが、光ぷぷりり ずず むむ

図3 しし座流星群の
大火球。

流星観測の
難しさ

り続けるメカニズムは完全に解明されたわけではない。

参考文献
S. Abe, N. Ebizuka, H.Yano,
J-I. Watanabe, J. Borovika,“Detection of the N+2 First Negative
System in a Bright Leonid Fireball,”ApJ 618, L141-L144 (2005).

「はやぶさ」などの人工流星を除けば、流星観測の難しさは、いつどこにどの程度の明るさの流星が出現するか分からないという点と、発光時間が短いという 2 点に集約される。したがって、流星の分光観測は、たくさん出現するであろう流星群の時に、その予想される飛跡と分散方向が直交する分散を得るように装置を置き、ビデオのような時間分解能の高い記録を残しながら、出現を待つ「待ち受け観測」がメインである。しし座流星群の活動期には、
これまでにない流星スペクトルデータが世界中で取得された。わ
れわれのグループでも、しし座流星群で OH 輝線を検出したり、
うしかい座流星群の活動予測を期に、世界初の小規模流星群の分光データを取得するなどの成果をあげている。

図4 しし座流星群の流星のスペクトル。

No. 209

図1 しし座流星群出現に備えて開発した、UV-I.I.-HTDV流星分光器。