hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イオン波ソリトンと境界との相互作用

今年度の研究達成目標は、境界におけるイオン波ソリトンの諸現象,特に境界条件による反射率の変化,反射屈折の法則(スネルの法則)の非線形波への適応の可否,および反射あるいは屈折の機構などを明らかにするものであった。そのために、二重プラズマ発生装置を用いて、アルゴンプラズマを発生させ、その中で平面状イオン波ソリトンを励起した。種々の境界条件(例えば、金属メッシュ,金属平板など)におけるイオン波ソリトンの反射及び屈析の法則を詳細に調べた。その結果、金属メッシュ反射体においては、イオン波ソリトンは1部反射し、1部透過することは分ってはいたが、反射角及び透過角は入射波の振幅の関数であることが判明した。すなわち、入射波振幅が大きくなるにつれ、反射角及び透過角は共に小さくなる。しかし、振幅=0の極限ではスネルの法則が成立することが判明した。この現象は、ソリトンの性質を加味したスネルの法則でほゞ説明できることが分った。従って、我々はこの現象を非線形スネルの法則と呼ぶことにした。更に、反射体近傍における波の反射あるいは透過の機構を明らかにすべく現在研究を続けている。問題点は反射体周辺に存在するシースの役割である。この中での様子を解明しないことには、反射・透過の問題は結論が得られない。しかし近い将来には結論が得られる見通しである。
高余剰次元ブレーン宇宙論の研究

弦理論的宇宙論の文脈において「宇宙弦」が興味を持たれている。宇宙弦は、理論に含まれる対称性が自発的に破れることで生成され、現在まで存在していることが期待されるひも状の物体である。近年の弦理論的宇宙論の大きな進展により、弦理論のエッセンスを取り入れたインフレーション模型、ブレーンインフレーション模型において通常知られる宇宙弦とは異なる種類の宇宙弦=「宇宙超弦」が生成される可能性が指摘された。これは、宇宙超弦はまさに弦理論に含まれる「超弦」および「D-ブレーン」そのものであり、標準宇宙論からの差異から超高エネルギー物理の様相を直接観測しうる素粒子理論の実験場になりえることを表している。通常の宇宙弦同士が衝突した場合、完全に繋ぎかわることが知られている。一方で、宇宙超弦の場合には「高次元時空」「超弦」「D-ブレーン」の性質により、衝突したとしてもある確率で繋ぎ変わらないことが知られている。つまり、繋ぎ換え確率が1より小さいことが宇宙超弦を発見/棄却する重要な因子になりえる。私はこの性質に注目し、高橋慶太郎助教(名古屋)、仙洞田雄一(APC),柳哲文、佐々木節教授(京都)とともに宇宙弦/宇宙超弦それぞれのCMB温度揺らぎへの影響を調べた。特に、宇宙弦/宇宙超弦は、非線形なダイナミクスにより温度揺らぎにガウス分布からの大きなズレ(非ガウス性)を生成しうることを突き止めた。またその非ガウス性の繋ぎ換え確率依存性を求め、繋ぎ換え確率が小さくなるにつれ、非ガウス性が小さくなることを見出した。また、CMB温度揺らぎのパワースペクトルは通常、数値シミュレーションによってしか与えることができず、またそれらも宇宙超弦を取り扱うことができなかった。しかし我々は、解析的に小スケールでの振る舞いを求める手法を提案し、数値シミュレーションと矛盾しないパワースペクトルを計算することに成功した。さらに、繋ぎ換え確率を小さくする、つまり宇宙超弦的である場合には振幅が大きくなり、張力への制限が非常に厳しくなることを見出した。これらの結果は、弦理論を宇宙超弦を用いて観測的にあらわに制限した最初の例であり、非常に重要な成果であるといえる。高余剰次元ブレーンは、ブレーンが十分薄いという従来の近似が破れ、時空は特異点を持つ。これを回避するため、私は新しいアプローチとして高次の曲率補正を導入したときの作用を正準形式への書き換えを行い、ブレーン上の境界項に新しい物質分布を考えることが可能になった。この研究はパリ大学のN.Deruelle教授、基礎物理学研究所の佐々木節教授、仙洞田雄一氏との共同研究である。また、弦理論、M理論の観測可能性の研究として、弦理論的ランドスケープ中での宇宙背景輻射(CMB)スペクトルへの影響について研究を行った。弦理論は、宇宙全体には賜しい数の準安定な真空が存在し、我々の宇宙は量子的なトンネル効果で生成することから微小に開いた宇宙になりえることを予言する。我々は詳細にCMBのスペクトルを計算し、弦理論の観測可能性を探る。この研究はStanford大学のA.Linde教授、基礎物理学研究所の佐々木節教授、田中貴浩教授、成子篤氏との共同研究である。弦理論的宇宙像の異なる観測的側面として、宇宙紐の観測的制限について研究を行った。これまで宇宙紐は多くの研究がなされているが、弦理論的インフレーションモデルを考えると、弦理論に含まれるF弦やD弦などの新しいタイプの宇宙紐ができ得ることが示された。特に、我々は近年観測的に重要な要素をして注目されているCMB温度揺らぎのガウス分布からのズレがどの程度生成されるかを解析的に見積もった。この研究は、名古屋大学の高橋慶太郎助教、APCTPの柳哲文氏、基礎物理学研究所の佐々木節教授、仙洞田雄一氏、成子篤氏との共同研究である。高余剰次元ブレーンは超弦理論の枠内においては正則に扱える物体であるので、超弦理論的な補正項を加えることで正則化できることが期待される。そこで私は、パリ第7大学のDeruelle教授、基礎物理学研究所の佐々木教授、仙洞田氏と共同で一般の曲率補正項を含むf(Riemann)重力理論を提唱し、解析の第一歩としてハミルトン形式で書き下すことに成功した(研究発表,[雑誌論文1[2])。また一方で、超弦理論的宇宙論の観測可能性について、「宇宙(超)ひも」、「ランドスケープ」という2つの異なる観点から研究を進めている。宇宙超ひもは、超弦理論的宇宙論から示唆される宇宙初期の加速膨張=インフレーション期の最終段階で生成され、現在まで存在していることが期待されるひも状の物体である。宇宙超ひもへの観測的アプローチは現在あまり注目されていないが、将来計画されている観測によって非常に重要な示唆が得られる可能性がある。特に、名古屋大学の高橋助教、APCTPの柳氏、基礎物理学研究所の佐々木教授、仙洞田氏、成子氏と共同で、宇宙超ひもによって宇宙マイクロ波背景輻射(CMB)に非ガウス性が生じることを指摘し、その要因を特徴づけた(研究発表,[雑誌論文][1])。また現在、新たな非ガウス性の要因を見出し、その宇宙論的な示唆について解析を進めており、論文にまとめている。また、超弦理論から導かれる宇宙像として「ランドスケープ」が知られている。我々はこの描像に立ち、詳細にCMBスペクトルを計算することで弦理論の痕跡を探す研究を行っている。

この研究はStanford大学のLinde教授、基礎物理学研究所の佐々木教授、田中教授、成子氏との共同研究である。弦理論的宇宙論の文脈において「宇宙弦」が興味を持たれている。宇宙弦は、理論に含まれる対称性が自発的に破れることで生成され、現在まで存在していることが期待されるひも状の物体である。近年の弦理論的宇宙論の大きな進展により、弦理論のエッセンスを取り入れたインフレーション模型、ブレーンインフレーション模型において通常知られる宇宙弦とは異なる種類の宇宙弦=「宇宙超弦」が生成される可能性が指摘された。これは、宇宙超弦はまさに弦理論に含まれる「超弦」および「D-ブレーン」そのものであり、標準宇宙論からの差異から超高エネルギー物理の様相を直接観測しうる素粒子理論の実験場になりえることを表している。通常の宇宙弦同士が衝突した場合、完全に繋ぎかわることが知られている。一方で、宇宙超弦の場合には「高次元時空」「超弦」「D-ブレーン」の性質により、衝突したとしてもある確率で繋ぎ変わらないことが知られている。つまり、繋ぎ換え確率が1より小さいことが宇宙超弦を発見/棄却する重要な因子になりえる。私はこの性質に注目し、高橋慶太郎助教(名古屋)、仙洞田雄一(APC),柳哲文、佐々木節教授(京都)とともに宇宙弦/宇宙超弦それぞれのCMB温度揺らぎへの影響を調べた。特に、宇宙弦/宇宙超弦は、非線形なダイナミクスにより温度揺らぎにガウス分布からの大きなズレ(非ガウス性)を生成しうることを突き止めた。またその非ガウス性の繋ぎ換え確率依存性を求め、繋ぎ換え確率が小さくなるにつれ、非ガウス性が小さくなることを見出した。また、CMB温度揺らぎのパワースペクトルは通常、数値シミュレーションによってしか与えることができず、またそれらも宇宙超弦を取り扱うことができなかった。しかし我々は、解析的に小スケールでの振る舞いを求める手法を提案し、数値シミュレーションと矛盾しないパワースペクトルを計算することに成功した。さらに、繋ぎ換え確率を小さくする、つまり宇宙超弦的である場合には振幅が大きくなり、張力への制限が非常に厳しくなることを見出した。これらの結果は、弦理論を宇宙超弦を用いて観測的にあらわに制限した最初の例であり、非常に重要な成果であるといえる。
ゲノム構造変化にともなう乾燥無代謝休眠特異的な遺伝子制御ネットワークの全容解明

黄川田グループ:平成30年度は、ネムリユスリカ培養細胞の乾燥耐性誘導過程に変動するゲノム高次構造を知る目的で、乾燥状態のPv11細胞をコントロールにin situ HiC解析を行い、昨年度実施した水和状態のPv11細胞でのHiC解析結果と比較した。それと同時に、昨年得た高精度なPv11細胞のゲノム情報に対して、遺伝子モデルとアノテーションを行った。ネムリユスリカ幼虫の乾燥過程での精密な遺伝子プロファイルを得るために、完全乾燥までの48時間で4時間間隔でのmRNA-seqを行った。得られたデータを舟橋グループに提供した。また、ゲノムワイドCRISPRスクリーニング用のガイドRNA発現ライブラリを作製した。同時に、このライブラリを挿入するためのPv11ゲノム上のセーフハーバー領域を探索した。舟橋グループ:平成30年度はPv11細胞の乾燥後に細胞分裂を再開するために必要な再水和処理後の時系列RNA-seqデータを元に発現変動を示す転写因子を統計解析により検出し、その制御関係をダイナミックベイジアンネットワークモデル及び確率微分方程式モデルを用いて転写因子間の制御関係を推定した。また、近年の研究によりPv11細胞とネムリユスリカ虫体において発現変動を示す遺伝子に違いがあることが報告されたことを受け、本年度はネムリユスリカ虫体における乾燥及び再水和処理後の時系列RNA-seqデータを元に、発現変動を示す転写因子の検出及びそれら転写因子間の制御関係を推定し、Pv11細胞とネムリユスリカ虫体における転写制御関係の類似及び相違点を明らかにした。黄川田グループ:昨年度のHi-C実験との比較を行った結果、水和状態と乾燥状態の間で染色体のTADとドメイン構造に大きな差異が認められなかった。ただ、実験回数が多くないため、再現性の有無に議論の余地は残っている。一方、Hi-Cを用いた高精度なゲノム情報に対して、遺伝子モデルの作製とそのアノテーションを進めた。最新の遺伝子モデルでは、17852個の遺伝子がPv11細胞のゲノム上に存在すると予測された。ネムリユスリカ幼虫の乾燥過程の詳細なmRNA-seqは、14タイムポイントで3反復のサンプルで実施した。ゲノムワイドCRISPRで用いるPv11ゲノム内のセーフハーバー領域として、ある高発現遺伝子の下流を選定した。その領域にGFP遺伝子をノックインしても、Pv11細胞の乾燥耐性能力に変化が無い事を確認した。舟橋グループ:今年度はPv11細胞の時系列RNA-seqデータを用いて再水和後の細胞分裂を再開する過程に関与する転写制御ネットワークの推定に成功した。本成果は平成30年度にロシアにて開催されたLife of Genomes 2018にて報告した。さらにネムリユスリカ虫体における乾燥・再水和時の時系列RNA-seqデータを用いて虫体の転写制御ネットワークの推定を行った。その結果、既にPv11細胞とネムリユスリカ虫体の両方で乾燥耐性に重要とされる遺伝子に加えて、これまで報告されていない2つの新規な転写因子が両者の乾燥耐性に重要である可能性が示唆された。この結果に基づき、Pv11細胞における当該転写因子のうち一つの遺伝子のノックダウン実験を行ったが、ノックダウン効率が不十分だったためか、Pv11細胞の乾燥耐性の失活及び種々の乾燥耐性関連遺伝子の有意な発現変化は確認されなかった。黄川田グループ:Hi-C解析の実験回数を増やすことで、再現性の高いデータを得るように努める。また、転写因子ネットーワークに寄与するゲノム流域を特定するために、手始めとして乾燥耐性制御因子として同定済みのHSF1転写因子が結合するサイトをChiP-seqによりゲノムワイドに解析する。また、合成済みのガイドRNA発現ライブラリをセーフハーバー領域に挿入し、ゲノムワイドCRISPRスクリーニングの基盤を開発する。Pv11細胞の高精度ゲノム情報に関しては、遺伝子モデルの妥当性をキュレーションし、最終的な情報開示に向けた解析を深めていく。舟橋グループ:今年度注目した転写因子に加えて、ネットワーク構造に基づいた重要な転写因子のノックアウト・ノックダウン実験をPv11細胞で行い、乾燥耐性の失活の有無を再水和後蘇生率及び下流遺伝子の発現変化の有無として検証することを計画している。また、これまでの解析に加えて、乾燥耐性に重要な遺伝子群と転写因子間の制御関係を各転写因子の結合モチーフを元に解析することを計画している。これにより、乾燥耐性の形質発現に関わる遺伝子を直接制御する転写因子を明らかにすることができる。平成30年度はPv11細胞及びネムリユスリカ虫体の乾燥耐性獲得及び再水和後の蘇生に関わる転写制御ネットワークの推定を行なったが、今後は転写因子に加えて乾燥耐性形質発現に関わる遺伝子も含めた乾燥耐性遺伝子制御ネットワークの推定、さらにはゲノム構造変化に伴う乾燥無代謝休眠時特異的な遺伝子制御ネットワークの推定を行う。黄川田グループ:平成29年度は、ネムリユスリカ培養細胞の乾燥耐性誘導過程に変動するゲノム高次構造を知る目的で、手始めに水和状態のPv11細胞をコントロールにin situ HiC解析を行った。その結果、染色体のTADとドメイン構造を判別することが可能になった。また、HiCデータの利用により、ネムリユスリカゲノムアッセンブリーのスキャホールドN50の大幅な向上が確認できた。Pv11細胞の乾燥・再水和過程の遺伝子発現変動パターンを知るために、total RNA-seqを実施した。得られたデータを舟橋グループに供与した。

CRISPRによるゲノムワイドな遺伝子破壊を実行するために、ネムリユスリカゲノム上のPAM配列を含む領域を網羅的に同定し、最終的に100,000個のサイトを選抜した。また、CRISPRによってターゲット遺伝子に変異が生じた細胞を効率良く単離するためのソーティング技術も確立することができた。舟橋グループ:平成29年度は、細胞単位で乾燥耐性を持つことが報告されているネムリユスリカ胚由来培養細胞であるPv11細胞の乾燥耐性獲得に必要とされるトレハロースを豊富に含む培地で処理するトレハロース処理後の時系列RNA-seqデータをもとに、発現を有意に変動させた転写因子を統計解析により得た。続いて、これら転写因子の発現変動の前後関係をもとにダイナミックベイジアンネットワークモデル及び確率微分方程式モデルを用いて各転写因子間の制御関係を推定した。黄川田グループ:in situ Hi-C技術が、非モデル生物の培養細胞であるPv11にも適用可能である事を確認できた。その上、ゲノムアッセンブリーの向上が行えた結果、染色体数(4組)とほぼ同数のスキャホールドを得るに至った。この精度の高いゲノム情報は、今後のトランスクリプトーム解析の確度を高める事が大いに期待できる。Pv11細胞でのCRISPR技術も確立できたことで、乾燥耐性に寄与しうる遺伝子を効率良く同定する方法論が出そろった。舟橋グループ:今年度はPv11細胞の時系列RNA-seqデータを用いて乾燥耐性獲得に関わる転写制御ネットワークの推定に成功した。推定されたネットワークの尤もらしさ(生物学的妥当性)を評価するために、推定したネットワークの次数分布と冪乗則を仮定した際の指数の評価を行った。推定したネットワークは既知生物種の転写制御ネットワークと類似した次数分布、冪乗則の指数を示したことから、生物学的に尤もらしい乾燥耐性転写制御ネットワークが得られている可能性が高いと考えられる。黄川田グループ:平成30年度は、ネムリユスリカ培養細胞の乾燥耐性誘導過程に変動するゲノム高次構造を知る目的で、乾燥状態のPv11細胞をコントロールにin situ HiC解析を行い、昨年度実施した水和状態のPv11細胞でのHiC解析結果と比較した。それと同時に、昨年得た高精度なPv11細胞のゲノム情報に対して、遺伝子モデルとアノテーションを行った。ネムリユスリカ幼虫の乾燥過程での精密な遺伝子プロファイルを得るために、完全乾燥までの48時間で4時間間隔でのmRNA-seqを行った。得られたデータを舟橋グループに提供した。また、ゲノムワイドCRISPRスクリーニング用のガイドRNA発現ライブラリを作製した。同時に、このライブラリを挿入するためのPv11ゲノム上のセーフハーバー領域を探索した。舟橋グループ:平成30年度はPv11細胞の乾燥後に細胞分裂を再開するために必要な再水和処理後の時系列RNA-seqデータを元に発現変動を示す転写因子を統計解析により検出し、その制御関係をダイナミックベイジアンネットワークモデル及び確率微分方程式モデルを用いて転写因子間の制御関係を推定した。
海洋循環および気候に及ぼすモード水の影響

モード水は,水温,塩分などの海水特性の鉛直一様性で特徴付けられる均質な水塊であり,各大洋の亜熱帯域と亜寒帯域の海洋上層に広く分布している.本研究課題では,数値モデルと観測の資料の統合的解析および数値実験を行うことにより,モード水が表層海流の形成に果たす能動的な役割と大気に及ぼす影響を指摘した.さらに,モード水の年々および十年規模変動と地球温暖化に伴う変化が海洋循環に及ぼす影響を明らかにした.北太平洋においては,中央モード水により励起される東部亜熱帯反流が,大気海洋相互作用を通して,東部亜熱帯モード水の形成をもたらしている可能性を指摘した.モード水は,水温,塩分などの海水特性の鉛直一様性で特徴付けられる均質な水塊であり,各大洋の亜熱帯域と亜寒帯域の海洋上層に広く分布している.本研究課題では,数値モデルと観測の資料の統合的解析および数値実験を行うことにより,モード水が表層海流の形成に果たす能動的な役割と大気に及ぼす影響を指摘した.さらに,モード水の年々および十年規模変動と地球温暖化に伴う変化が海洋循環に及ぼす影響を明らかにした.北太平洋においては,中央モード水により励起される東部亜熱帯反流が,大気海洋相互作用を通して,東部亜熱帯モード水の形成をもたらしている可能性を指摘した.研究実施計画に従い,今年度は下記の3つの課題に取り組んだ.主な成果は次の通りである.1.モード水に起因する表層海流形成の実態の解明.最新の海洋気候値資料を解析し,表層海流に伴う密度前線とモード水の関連を調査した.我々がこれまで研究を進めてきた北太平洋だけでなく,南太平洋,北大西洋,インド洋においても,モード水の分布域の赤道側に沿う亜表層前線が存在することを明らかにした.これらの前線に関してはほとんど研究がないため,今後詳細な調査が必要であるが,北太平洋と同様に,モード水が重要な役割を果たしている可能性が高く,表層海流の理解が大きく進展することが期待される.2.海面水温分布が大気に及ぼす影響の解明.数値シミュレーションと観測資料の解析から,南太平洋に見られる南北幅の狭い東西ジェットが,海面水温偏差の形成を通して,海上風に影響を与え,さらにこの海上風により東西ジェットが強化していることを明らかにした.3.モード水の変動が北太平洋の表層循環に及ぼす影響の解明.数値シミュレーションと観測資料の解析から,黒潮続流域の冬季混合層の十年規模変動が,モード水の変化を通して,亜熱帯反流の変動を引き起こしていることを明らかにした.同様のモード水励起の海流変動は,地球温暖化シミュレーションにも顕著に見られた.さらにモード水の変動と黒潮再循環やハワイ風下反流の変動との関連を指摘した.これらの結果は,モード水が渦位の輸送を通して海洋循環を変化させることを示しており,モード水の新しい役割を提示している.一方,亜熱帯反流の年々変動については,海面水温前線により励起される局所的な海上風による大気強制が主要因であることを示した.このほか,理想的海洋大循環モデルを用いて亜熱帯反流の季節変動の再現に成功した.現在,季節変動の機構解明に向けて解析を進めている.本年度の主な成果は次の通りである.1.北大西洋亜熱帯循環系におけるモード水と亜熱帯反流との関係を調べた.最新の海洋気候値資料を解析した結果,亜熱帯循環系の北緯20度から30度において,西部から中央部にかけて亜熱帯反流が見られ,およそ表層100m以浅に見られる浅い東向流として確認できた.この亜熱帯反流は,亜熱帯モード水の南側に沿って分布し,モード水に起因する上部水温躍層の傾きに関係する東向流シアにより生じていることを明らかにし,北太平洋の北部亜熱帯反流と類似したメカニズムにより形成していることを示した.2.海洋大循環モデルを用いて,北太平洋東部亜熱帯モード水の形成メカニズムについて調べた.黒潮続流海域において形成された中央モード水は亜熱帯循環により南に運ばれ,亜熱帯反流を形成する.この亜熱帯反流は暖水を東に運び,東部亜熱帯モード水の形成域において,冬季に海面冷却を受けることにより,深い対流混合が起こり,その結果,東部亜熱帯モード水が形成されることを示した.この結果は観測とも整合し,現実の海洋においても,このメカニズムが働いている可能性を示した.3.アルゴフロートの観測資料を用いて,北太平洋における,特に春夏季の表層から亜表層にかけての水温の季節変動を調べ,海面からの正味の熱フラックスが季節躍層より下層にまで及んでいることを明らかにした.また,黒潮続流域における亜表層水温の経年変動について調べた結果,水温の変動は海面水温を通じて大気に影響を及ぼしていることを示した.4.通気水温躍層中の渦位の変動について,サブダクション過程を含む最も単純な理論モデルである2.5層通気水温躍層を用いて,風応力変動への応答を調べた.その結果,密度の海面露出位置での直接的なエクマンパンピング速度変動のみならず,第1傾圧ロスビー波の伝播によってもサブダクトされる水の渦位が変化することを示した.本課題は,海洋循環と気候の形成および変動におけるモード水の役割を解明することである.本年度の主な成果は次の通りである.1.北太平洋亜熱帯循環系の鉛直構造とモード水との関連を,海洋の気候値資料を用いて調査した.

この研究では,亜熱帯循環系北側の大規模な東向流と南側の西向流の境界を東西循環軸と定義し,その鉛直構造の特徴を詳細に調べた.その結果,鉛直積算した海洋の二次元的な循環場の循環軸は,古典的な風成循環理論から期待される位置とおよそ一致すること,さらに,各深度の循環軸は,海洋の鉛直構造を説明する通気水温躍層理論と整合し,深度ともに北側にシフトすることを示した.この循環軸の北へのシフトは,中央モード水の層内で小さく,その上下層で大きく起こることを指摘し,その物理的な仕組みを明らかにした.この結果は,モード水が亜熱帯反流の形成だけではなく,大規模な海洋循環にも影響を及ぼしていることを示しており,海洋循環の理解に大きく貢献するものである.2.海洋大循環モデルを用いて数値実験を行い,ハワイ諸島西側に見られるハワイ風下反流における大気と海洋の相互作用を調べた.ハワイ風下反流は,基本的にハワイ諸島付近の風の分布により駆動されているが,北側から南下してくるモード水に応答して変動することが知られている.数値実験の結果,反流が運ぶ暖水は,反流に沿って局所的な風系を形成し,その風系が反流の維持に重要な役割を担っていること,さらに,反流の季節および年々変動の増幅に寄与していることを明らかにした.3.アルゴフロートの観測資料の解析から,黒潮続流海域の冬季混合層の十年規模変動が,モード水の変化を通して,亜熱帯反流の変動を引き起こしていることを明らかにした.定量的な解析により,亜熱帯反流の十年規模変動の分散の約80%がモード水の変動に起因することを示した.おおむね当初の計画通りに進んでいる.多くの成果が出てきており,研究の目的の達成に向けて順調に進展していると判断できる.25年度が最終年度であるため、記入しない。おおむね当初の計画通りに進んでいる.論文や学会の発表も多数あり,研究成果も順調に出ている.研究の目的の達成に向けて順調に進展していると判断できる.研究計画の変更および研究を遂行する上での問題点はない.今後,研究分担者間の連携をさらに強化するとともに,個々の分担課題の見直しや再設定を柔軟に行うことにより,研究を効率的に進め,目的の達成を目指す.25年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は本研究計画の最終年度である.研究分担者間の連携をさらに強化し,研究を効率的に進めるとともに,これまでの研究から得られた成果を,学会や学術誌などを通して積極的に発信していく.研究計画の変更および研究を遂行する上での問題点はない.
エンドサイトーシスとエキソサイトーシス

本年度には、エンド・エキソサイトーシスにおける細胞構成分子および貪食・分泌される分子のプロセシングと生体機能発現について次の諸実績を得た。(1)金関は、生鮮肝細胞のエンドサイトーシスの超微細形態を急速凍結レプリカ法で観察し、始めて膜と細胞質繊維の連結した網状構造を確認した。(2)大西は、フェライド微粒子にアシアロ糖などの生物リガンドを結合しそのエンドサイトーシス状況を高磁場分画法で解析する新技術を開発した。(3)富田は、肥満細胞の分泌に際してPG受容体がCキナーゼでリン酸化修飾されてリガンド認識が変化すること、(4)石橋は、好中球活性酸素の生成がCキナーゼによる蛋白質リン酸化修飾で変化すること、(5)小山は、白血球の貪食に際してのフエゴソーム形成がセリンプロテアーゼで修飾されることの必須性を明らかにした。(6)宇井は、好中球の走化性ペプチド刺激において、受容体とGTP結合蛋白質(Gi)が共役することを証明した。(7)直井は、β-ガラクトシダーゼが脳シナプトソームに取込まれる際の糖鎖の認識機構を、(8)山崎は、ER、又はゴルジのシス領域での糖蛋白質の細胞内転送を阻害する化合物の作用機構を、(9)池原は、分泌蛋白質の硫酸化がゴルジ装置トランス領域で起こることを明らかにし、エキソサイトーシス時の分子修飾の重要性が多方面から理解された。一方(10)田代は、定量的免疫電顕法を用いることによってエキソサイトーシスの細胞内輸送過程が経時的・定量的にわかるとともに、細胞膜(例,肝)の極性分布が理解されることを示唆した。(11)名取は、昆忠(センチニクバエ)の脂肪体上の受容体がリン酸化、分子プロセシング、ルミクローム共有結合などの修飾によって生理機能が発現する事実、(12)赤沢は、植物細胞のエキソサイトーシスで、α-アミラーゼは糖鎖修飾の重要性を、(13)佐藤は、加熱不活化インフルエンザウィルスの場合の宿主細胞のエンドソームと輸送経路の変化について解明した。
腫瘍選択的なエネルギー代謝遮断機構に基づいた抗がん剤の抗腫瘍効果の最適化

本研究は,抗癌剤を選択的に腫瘍組織へ送達し,癌細胞のエネルギー代謝を特異的に遮断することにより抗腫瘍効果を発現させる最適な薬物送達システムを開発し,その実用化への基礎研究を目的とした.まず,抗癌剤のキャリアーとしてリポソームを選択し,細胞内動態制御のストラテジーを構築した.pH-感受性リポソームを用いることにより,エンドサイトーシスにより細胞内に取り込ませたのち,ライソゾームでの分解を回避して細胞質中へ脱出させることが可能となった.さらに,核局在化シグナルを付与することにより,細胞質中へ放出させた高分子を能動的に核内へ輸送させることに成功した.この細胞内動態制御法は,種々の高分子化合物のための細胞内動態制御キャリアーとして有用である.一方,癌細胞においてII型へキソキナーゼの転写活性が亢進していることが明らかとなり,核内転写レベルでの遺伝子発現抑制を行うことを目指した.そのためにまず,核内へ送達した遺伝子の定量法の開発が重要となるので,定量法の開発に着手した.その結果,PCRを利用して核一個あたりの遺伝子送達量を定量する方法の確立に成功した.その結果,核内に送達した遺伝子量と発現量との関係を世界で初めて明らかにすることができた.今後は,II型ヘキソキナーゼの転写活性を抑制する遺伝子の最適化を図るとともに,キャリアーの最適化を行い,in vivoに適用可能な人工遺伝子キャリアーを開発したい.本研究は,抗癌剤を選択的に腫瘍組織へ送達し,癌細胞のエネルギー代謝を特異的に遮断することにより抗腫瘍効果を発現させる最適な薬物送達システムを開発し,その実用化への基礎研究を目的とした.まず,抗癌剤のキャリアーとしてリポソームを選択し,細胞内動態制御のストラテジーを構築した.pH-感受性リポソームを用いることにより,エンドサイトーシスにより細胞内に取り込ませたのち,ライソゾームでの分解を回避して細胞質中へ脱出させることが可能となった.さらに,核局在化シグナルを付与することにより,細胞質中へ放出させた高分子を能動的に核内へ輸送させることに成功した.この細胞内動態制御法は,種々の高分子化合物のための細胞内動態制御キャリアーとして有用である.一方,癌細胞においてII型へキソキナーゼの転写活性が亢進していることが明らかとなり,核内転写レベルでの遺伝子発現抑制を行うことを目指した.そのためにまず,核内へ送達した遺伝子の定量法の開発が重要となるので,定量法の開発に着手した.その結果,PCRを利用して核一個あたりの遺伝子送達量を定量する方法の確立に成功した.その結果,核内に送達した遺伝子量と発現量との関係を世界で初めて明らかにすることができた.今後は,II型ヘキソキナーゼの転写活性を抑制する遺伝子の最適化を図るとともに,キャリアーの最適化を行い,in vivoに適用可能な人工遺伝子キャリアーを開発したい.本研究は,抗癌剤を選択的に腫瘍組織へ送達し,癌細胞のエネルギー代謝を特異的に遮断することにより,抗腫瘍効果を発現させる最適な薬物送達システムを開発し,その実用化への基礎研究を目的とした.本年度は,II型ヘキソキナーゼのmRNAに対する高親和性アンチセンス医薬の開発,細胞レベルでの腫瘍細胞へのアンチセンスの導入及びアンチセンス効果の定量的評価に焦点を絞った基礎実験を行った.本年度の研究実績1)II型ヘキソキナーゼの特異的阻害剤ならびにmRNAに対する高親和性アンチセンスの開発:グルコース-1,6-ビスリン酸をリ-ド化合物としてII型アイソザイムの特異的阻害剤のスクリーニングを行った.2)リポソームの腫瘍細胞への遺伝子導入効率の最適化:アンチセンス等遺伝子導入キャリアーとして種々のリポソーム(pH-感受性リポソーム及びカチオニックリポソーム)を調製し,これらのキャリアーを用いた場合の腫瘍細胞への遺伝子導入効率を定量的に評価した.また,キャリアーの最適化を行うことを目的として,遺伝子の細胞内動態の定量的評価方法の確立を試みた.本年度は核画分への遺伝子送達量の定量的評価方法の確立に着手し,PCRを応用した新規定量方法を確立した.細胞質中の遺伝子量の定量は次年度の課題として残った.本研究は,抗癌剤を選択的に腫瘍組織へ送達し,癌細胞のエネルギー代謝を特異的に遮断することにより抗腫瘍効果を発現させる最適な薬物送達システムを開発し,その実用化への基礎研究を目的とした.まず,抗癌剤のキャリアーとしてリポソームを選択し,細胞内動態制御のストラテジーを構築した.pH-感受性リポソームを用いることにより,エンドサイトーシスにより細胞内に取り込ませたのち,ライソゾームでの分解を回避して細胞質中へ脱出させることが可能となった.さらに,核局在化シグナルを付与することにより,細胞質中へ放出させた高分子を能動的に核内へ輸送させることに成功した.この細胞内動態制御法は,種々の高分子化合物のための細胞内動態制御キャリアーとして有用である.一方,癌細胞においてII型ヘキソキナーゼの転写活性が亢進していることが明らかとなり,核内転写レベルでの遺伝子発現抑制を行うことを目指した.そのためにまず,核内へ送達した遺伝子の定量法の開発が重要となるので,定量法の開発に着手した.その結果,PCRを利用して核一個あたりの遺伝子送達量を定量する方法の確立に成功した.

その結果,核内に送達した遺伝子量と発現量との関係を世界で初めて明らかにすることができた.今後は,II型ヘキソキナーゼの転写活性を抑制する遺伝子の最適化を図るとともに,キャリアーの最適化を行い,in vivoに適用可能な人工遺伝子キャリアーを開発したい.
社会制度とネットワークの形成：マダガスカルにおける新農業技術普及を事例に

既存研究からは、生活環境や文化、規範、あるいは民族、人種といった差異が、人間行動そのものに関しても大きな差異をもたらす要因として機能しているという制度や歴史的要因の固有性、特殊性の存在を指摘出来る。こうした視点から見ると、実験室内で行われる実験室実験のように実験統制によって制度や社会規範の影響を排除した検証を行うのではなく,むしろ制度や社会規範を積極的に実験の枠組みに取り込み、制度や社会規範が人間行動を規定するとともに,人間行動が制度や社会規範を形成・維持する態様を明らかにするような実験計画を生み出していくことが必要であろう。またこうした実践的研究は学術的な意味で重要というだけではなく、実際の政策論としても極めて重要なものとなっている。本研究では貧困状況の著しいサブサハラアフリカの国を研究対象としているが、こうした国に対しての研究では、政策論的な意義の重要性を担保することは重要である。しかしながらこうした研究の必要性はかねてから指摘されているものの、その研究蓄積は非常に乏しい。そこで本研究では、マダガスカルにおける稲作技術(PAPRIZ)普及のための住民組織形成と社会ネットワークの構築という具体的な制度形成のプロセスについて、RCT(Randomized Controlled Trial)による実験計画を導入した分析を行う。具体的には、化学肥料と農法を記したガイドブックが同封された新技術導入パックをマダガスカルの複数の村内で配布する実験になるが、制度形成のプロセスが異なる配布方法を複数用意し、どのタイプの配布方法でもっとも効率よく技術の普及が行われるか、並びに稲作の生産性が向上するのかを観察するものである。現地で農業技術の普及を行っている団体(PAPRIZ)との共同研究として行うことで、学術的な価値だけではなく、政策論としての貢献も極めて高い研究となっている。2018年度中に計画していた調査に加えて、セネガルでの社会経済調査を行うことが出来た。まず、2018年8月に行ったセネガルの調査では、伝統的に制度形成のプロセスに積極的に関わりを持ち、制度・人材の形成、育成に重きを置こうとする日本型の途上国援助と、資金援助をメインとし住民の自発性に援助の重点を置こうとする欧米ドナー型の途上国援助のそれぞれを模したグループの介入を行い、どちらがより援助の効果が観察されるのかを検証した。本研究の主たるテーマである制度形成においてこうした実験の成果から得られる知見は極めて大きく、仮に援助の成果において、制度形成や人材育成の意義が余り見られないということであれば、少なくとも本研究の政策論的な意義は大きくはないだろう。実験の成果としては、当初予定していたサンプル数をかなり下回る結果となったが、日本型支援が欧米型の支援よりも援助効果において有意に正の影響があることがわかった。この実験の成果は単に日本型の支援が欧米型よりも効果の点で優れているということを示しているだけではなく、本研究で重視している制度形成が援助効果においても大きな影響を持っていることを示唆しており、大変有意義な実証実験になった。また、2019年2月に行ったマダガスカル中央高地での調査では、30ヶ村弱の村々を回り、2019年度中に行う制度形成の実証実験に関する予備的調査を行った。2018年度以前から訪問した村をあわせると70ヶ村程度が今回の実験対象となり、今後の実証実験に向けて十分な数の調査・実験対象村の情報を得ることが出来た。2019年度は3回の調査を予定している。それぞれ2019年8月、12月、そして2020年2月である。まず2019年8月には、化学肥料と農法を記したガイドブックが同封された新技術導入パックをマダガスカルの複数の村内で配布する。その後、2020年2月の調査でその成果を調査する。配布の方法については、村内に従来から存在するネットワーク・組織を使って配布、費用の回収を行う方法と、本実験のためにランダムに選ばれた住民によって作られた組織を用いた配布・回収方法の2つのタイプがあるが、更に後者には制度形成の働きかけを促すものと、それを行わないものの2つがあり、合計で3つの方法が混在する。どのタイプの配布方法でもっとも効率よく技術の普及、定着が行われるか、並びに稲作の生産性が向上するのかを2020年2月調査、また2020年度の調査も含めて、長期的に観察していく。また2019年12月の調査では、上記配布実験の中間的な視察のみならず、農業技術普及における普及員の役割を検証すべく、PAPRIZ普及員に対する大規模なインタビュー調査を行う。いわゆるRetrospectiveな調査がメインになるが、セネガルの実験でも明らかになったように、制度形成における制度構成員の役割は大きく、技術普及の成否において、どのような普及員がよいパフォーマンスを示しているのかを調査検証することは重要である。本調査では、Retrospectiveな設問項目に加えて、普及員の利他性や認知能力、非認知能力についても調査し、これらの知見を実証実験の成果とあわせて利用することで、よりよい研究となるよう努める。

またこうした実践的研究は学術的な意味で重要というだけではなく、実際の政策論としても極めて重要なものとなっている。本研究では貧困状況の著しいサブサハラアフリカの国を研究対象としているが、こうした国に対しての研究では、政策論的な意義の重要性を担保することは重要である。しかしながらこうした研究の必要性はかねてから指摘されているものの、その研究蓄積は非常に乏しい。そこで本研究では、マダガスカルにおける稲作技術(PAPRIZ)普及のための住民組織形成と社会ネットワークの構築という具体的な制度形成のプロセスについて、RCT(Randomized Controlled Trial)による実験計画を導入した分析を行う。具体的には、化学肥料と農法を記したガイドブックが同封された新技術導入パックをマダガスカルの複数の村内で配布する実験になるが、制度形成のプロセスが異なる配布方法を複数用意し、どのタイプの配布方法でもっとも効率よく技術の普及が行われるか、並びに稲作の生産性が向上するのかを観察するものである。現地で農業技術の普及を行っている団体(PAPRIZ)との共同研究として行うことで、学術的な価値だけではなく、政策論としての貢献も極めて高い研究となっている。2018年度中に計画していた調査に加えて、セネガルでの社会経済調査を行うことが出来た。まず、2018年8月に行ったセネガルの調査では、伝統的に制度形成のプロセスに積極的に関わりを持ち、制度・人材の形成、育成に重きを置こうとする日本型の途上国援助と、資金援助をメインとし住民の自発性に援助の重点を置こうとする欧米ドナー型の途上国援助のそれぞれを模したグループの介入を行い、どちらがより援助の効果が観察されるのかを検証した。本研究の主たるテーマである制度形成においてこうした実験の成果から得られる知見は極めて大きく、仮に援助の成果において、制度形成や人材育成の意義が余り見られないということであれば、少なくとも本研究の政策論的な意義は大きくはないだろう。実験の成果としては、当初予定していたサンプル数をかなり下回る結果となったが、日本型支援が欧米型の支援よりも援助効果において有意に正の影響があることがわかった。この実験の成果は単に日本型の支援が欧米型よりも効果の点で優れているということを示しているだけではなく、本研究で重視している制度形成が援助効果においても大きな影響を持っていることを示唆しており、大変有意義な実証実験になった。また、2019年2月に行ったマダガスカル中央高地での調査では、30ヶ村弱の村々を回り、2019年度中に行う制度形成の実証実験に関する予備的調査を行った。2018年度以前から訪問した村をあわせると70ヶ村程度が今回の実験対象となり、今後の実証実験に向けて十分な数の調査・実験対象村の情報を得ることが出来た。2019年度は3回の調査を予定している。それぞれ2019年8月、12月、そして2020年2月である。まず2019年8月には、化学肥料と農法を記したガイドブックが同封された新技術導入パックをマダガスカルの複数の村内で配布する。その後、2020年2月の調査でその成果を調査する。
グラフの因子に関する拡張可能性とその周辺の研究

本年度の研究においては、グラフかハミルトン〓路をもつための十分条件として、グラフの〓包を考えるという方法があり、この方法は比較的、グラフ理論では古典的なものとして知られている、という方向について行った。グラフの1-因子の拡張性についての〓包を用いる研究は、近年、Plummerと斎藤の両氏が導入し、幾つかの結果を得ている。この研究をもとに、次のような結果を得ることができた。この結果は、Plummer、斎藤の定理を含むものとなっている。さらに、グラフの次数条件、近傍条件についての結果をえることができ、これらもこれまで知られている定理を含む結果となっている。また、茨木大学の松田晴英氏との共同研究で、グラフがk-因子をもつための十分条件としてのRecursive条件の研究を行うことにより、この分野での幾つかの結果を得ることに成功した。上記の研究課題に対して、現在までに次のような定理を証明することができる.定理1 Gを1-因子をもつグラフ,FをGの任意の1-因子とする.Fの各辺abに対し,G\{a,b}がR-拡張可能であるならば,GもR-拡張可能である.定理2 Gをグラフ,MをGの任意の極大でマッチングとする.Mの各辺abに対し,G\{a,b}がR-臨界的であれば,GもR-臨界的である.R-拡張可能になるための十分条件とR-因子をもつための十分条件の証明は全く独立しているものであるにもかかわらず,条件としては似ているものが多い.また,現在までに一方では証明が可能であるにもかかわらず,他方での証明はできていない結果が存在しているのであるが,上記の結果はその1つを解決したものとなっている.本年度の研究においては、グラフかハミルトン〓路をもつための十分条件として、グラフの〓包を考えるという方法があり、この方法は比較的、グラフ理論では古典的なものとして知られている、という方向について行った。
顆粒球コロニー刺激因子による虚血性心不全改善効果のメカニズムの検討

心筋虚血に伴う心不全は、心筋壁運動低下・心筋リモデリング・全身的な炎症と神経液学的病態などを伴って病態が進展し、最終的に死にいたる重篤な疾患である。虚血性心不全の増悪を抑制するための研究が盛んに行われており、その中で最近のトピックスは、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)の投与が虚血性心不全の進展を抑制する有効な治療法となる可能性が示されていることである。しかし、その作用機序は十分解明されていない。本研究では「G-CSFの虚血性心筋障害/心不全の改善効果には、末梢微小循環内皮機能維持/改善効果が重要な役割を占める」との作業仮説をたて、これを検証するため、心筋虚血再灌流障害心不全モデルにおけるG-CSFの末梢微小循環内皮機能への作用をin vivoで検討するため、以下の項目の順で研究を遂行する。#1.ヒトの臨床像に類似する虚血性心不全モデルとして閉胸意識下誘発のラット心筋虚血再灌流モデルを作成する。#2.G-CSFが#1のラットモデルの心機能を改善するか、心エコーを用いて確認する。#3.G-CSFが#1のモデルの末梢循環内皮機能に与える作用を、腸間膜微小血管の直接観察で検討する。#4.#3における活性酸素種(ROS)と一酸化窒素(NO)の挙動を蛍光色素法で可視化して検討する。#5.全身の血管内皮機能を阻害した場合に、上記パラメータが如何に修飾/障害されるか検討する。第一年度目である現在、最も重要なステップである#1の動物モデルの確立が順調に進行中である。これには当研究室が独自に有する技術であるラット用冠動脈バルーンカテーテルの植え込み術を用いて行われ、意識下で繰り返される心筋虚血刺激を与えて、その最適なプロトコールを検出しつつある。10分間心筋虚血を48時間毎に繰り返すと、心不全の進行は緩徐であるが、30分間虚血ではその速さと程度が重症化する。ヒトの不安定狭心症・遷延性冠動脈狭窄の組織所見にも極めて類似したモデルであり、次年度は#2へ進むことが見込まれる。
能・狂言面のデータベース化のための基礎的研究

初年度15年度には、壬生寺、福岡市立博物館、大宰府天満宮、岐阜県久瀬村日坂春日神社、同小津白山神社、秋田県男鹿市東湖八坂神社、同生面神社等、16年度には観世銕之丞家、金春家などの能楽諸家、中尊寺・毛越寺・,瑞巌寺などの東北の寺社、岐阜県長滝白山神社、山形県櫛引町黒川能保存会、奈良県手向山人幡宮、同談山神社などの能狂言面(一部舞楽面を含む)の調査を行なった。調査面の総数は約七百面、各々採寸・赤外線調査・写真撮影を行ない、今後のデータベース化に向けて大きな成果を上げることが出来た。従来、能・狂言面の網羅的なリストは作成されておらず、井関・出目といった主要な面打についても、その作例の総体は把握されていないのが現状である。調査では、これまで知られていなかった井関・出目の重要な作例も多数見出すことができ、国重要文化財、県指定文化財などに指定されている既知の面についても、今回の赤外線調査により、新たにその製作年代を示す年記が見出された。これらの中には、従来、面の作風などから推定されていた年代とは大きく異なる年記も少なくない。さらに岐阜県久瀬村日坂春日神社、同小津白山神社談山神社所蔵能面の調査では、従来の調査手法に加え、顕微鏡による観察、モバイル型蛍光X線元素分析装置と携帯型マルチレーザーラマン分光分析装置を用いた材質分析をおこない、能面の製作技法と修復の痕跡を確認するとともに、下地層の材質と彩色顔料などについても有用な知見を得ることができた。本研究のような科学的調査に基づく調査の続行によって、能面史は再考を余儀なくされるであろう。この他、今回の調査を通じて、現在は神楽面として使用されているものの中にも、近世以前の能・狂言面が少なからず含まれていることが判明した。これらの中には、井関や出目といった京都周辺の一流の面打による作例も含まれており、こうした能面が東北地方にもたらされた経緯や、神楽面と能・狂言面との関係を考える際の重要な資料となる。初年度である15年度には、(1)滋賀県犬上群多賀大社蔵能・狂言面(2)兵庫県加東郡社町上鴨川住吉神社蔵能・狂言面(3)京都市壬生寺蔵狂言面(4)京都市野村美術館蔵能・狂言面(5)福岡市立博物館蔵黒田家旧蔵能・狂言面(6)福岡県筑紫郡太宰府町太宰府天満宮蔵能面(7)岐阜県揖斐郡久瀬村日坂春日神社蔵能・狂言面(8)岐阜県揖斐郡久瀬村小津白山神社蔵能・狂言面(9)秋田県男鹿市東湖八坂神社蔵能・狂言面(10)秋田市生面神社蔵能・狂言面他の能・狂言面を調査し、赤外線カメラやマイクロスコープなどの非破壊的手法をも用いて、面の木地、漆、顔料、膠着剤などの材料を科学的に分析し、漆の下に記された印鉋、所蔵印、銘文、極書を判読し、これらの年代測定情報を収集した。

初年度15年度には、壬生寺、福岡市立博物館、大宰府天満宮、岐阜県久瀬村日坂春日神社、同小津白山神社、秋田県男鹿市東湖八坂神社、同生面神社等、16年度には観世銕之丞家、金春家などの能楽諸家、中尊寺・毛越寺・瑞巌寺などの東北の寺社、岐阜県白山長滝神社、山形県櫛引町黒川能保存会、奈良県多向山八幡宮、同談山神社などの能狂言面(一部舞楽面を含む)の調査を行なった。調査面の総数は約七百面、各々採寸・赤外線調査・写真撮影を行ない、今後のデータベース化に向けて大きな成果を上げることが出来た。従来、能・狂言面の網羅的なリストは作成されておらず、井関・出目といった主要な面打についても、その作例の総体は把握されていないのが現状である。調査では、これまで知られていなかった井関・出目の重要な作例も多数見出すことができた。国重要文化財、県指定文化財などに指定されている既知の面についても、今回の赤外線調査により、新たにその製作年代を示す年記が見出されたが、これらの中には、従来、面の作風などから推定されていた年代とは大きく異なる年記も少なくない。さらに岐阜県久瀬村日坂春日神社、同小津白山神社談山神社所蔵能面の調査では、従来の調査手法に加え、顕微鏡による観察、モバイル型蛍光X線元素分析装置と携帯型マルチレーザーラマン分光分析装置を用いた材質分析をおこない、能面の製作技法と修復の痕跡を確認するとともに、下地層の材質と彩色顔料などについても有用な知見を得ることができた。本研究のような科学的調査に基づく調査の続行によって、能面史は再考を余儀なくされるであろう。この他、今回の調査を通じて、現在は神楽面として使用されているものの中にも、近世以前の能・狂言面が少なからず含まれていることが判明した。これらの中には、井関や出目といった京都周辺の一流の面打による作例も含まれており、こうした能面が東北地方にもたらされた経緯や、神楽面と能・狂言面との関係を考える際の重要な資料となる。
連星進化モデルによる重力波天体・超新星・高エネルギー天体の研究

モンテカルロ法により大量の「連星系」を生成しその進化を追うというBinary population synthesis (BPS)を様々な系に適用した。連星進化・物理過程の取り扱いについては、系の性質によらない統一的な枠組み・定式化を用いる。様々な系を包括的に取り扱うこで、各物理過程の定式化を確立するとともに、連星系形成過程の統一的理解を目指すこのが目的である。この際、これまでBPSの枠組みで考慮されていない素過程である磁場・回転の効果を組み込んだモデルを構築する。これを以下のような連星系形成に応用し、その形成・進化過程を明らかにする。(1)重力波の起源天体であるブラックホール・中性子星を含む連星系、(2)白色矮星を含む連星系形成と進化、Ia型超新星の起源、(3)大質量連星進化と重力崩壊型超新星の多様性の起源の解明。重力波起源天体であるブラックホール・中性子星を含む連星系のBPSモデルについて、The Astrophysical Journalに論文を発表した。連星系における恒星・コンパクト天体の自転および磁場の進化の効果のモデル化のための定式化を行い、Ia型超新星に至る白色矮星の降着過程における磁場の効果についての論文を執筆し、The Astrophysical Journalにおいて発表した。この結果を受けて、磁場を取り入れた場合にIa型超新星の頻度等がどのように影響を受けるか、BPSに基づく研究を開始した。以上の課題の推進のため、打ち合わせおよび成果発表のための海外・国内旅費、上記二編の論文の投稿料を本財源から使用した。研究遂行のためのPC周辺機器(SSDほか)も購入した。Ia型超新星への進化における磁場の効果を取り入れた計算が可能となったため、今後はこれをもとにした課題の遂行を中心課題とする。BPSによるIa型超新星頻度の研究に関してはすでに開始しており、本年度中に完成予定である。また、ヘリウムを降着する系のIa型超新星あるいはそれに関係する天体への進化が近年話題となっており、ヘリウム降着系における連星進化計算およびその際に磁場の効果に関して研究を進める。これまで行ってきた、Ia型超新星親星のBinary population synthesis (BPS)モデルを応用し、重力波起源天体であるブラックホール・中性子星を含む連星系のBPSモデルを構築した。この成果は、現在投稿中である。また、連星系における恒星・コンパクト天体の自転および磁場の進化の効果のモデル化のための定式化を開始した。特に、Ia型超新星に至る白色矮星の降着過程において、磁場の効果を初めて取り入れた。この成果に基づいた論文を現在執筆中である。観測的には、SDSSおよびLAMOSTのデータを用い、RR Lyraeと呼ばれる星の種族に関してその空間密度分布を明らかにした。これは、BPSにより様々な種族の星の形成・進化を考えるうえでの基礎データともなる。以上の課題の推進のため、計算のためのPCを購入し、打ち合わせのため南京大学に短期滞在するための旅費を使用した。引き続き、以下の課題を遂行する。

(1)重力波の起源天体であるブラックホール・中性子星を含む連星系、(2)白色矮星を含む連星系形成と進化、Ia型超新星の起源、(3)大質量連星進化と重力崩壊型超新星の多様性の起源の解明。(1)に関しては、現在投稿中の論文の改訂を進める。(2)に関しては、論文執筆を進め、今年度中に投稿する。以上を終了し、(3)の課題を開始する。Ia型超新星への進化における磁場の効果を取り入れた計算が可能となったため、今後はこれをもとにした課題の遂行を中心課題とする。BPSによるIa型超新星頻度の研究に関してはすでに開始しており、本年度中に完成予定である。また、ヘリウムを降着する系のIa型超新星あるいはそれに関係する天体への進化が近年話題となっており、ヘリウム降着系における連星進化計算およびその際に磁場の効果に関して研究を進める。