専用計算機による高密度恒星系の進化の研究

• 研究課題/領域番号: 03044032
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 江里口 良治 (1992-1993) 東京大学, 教養学部, 教授 (80175231); 杉本 大一郎 (1991) 東京大学, 教養学部, 教授 (10022592)
• 研究分担者: HUNQUIST Lar カリフォルニア大学, リック天文台, 助教授 ; TEUBEN Peter メリーランド大学, 天文, 助教授 ; MONAGHAN J.J モナシュ大学, 数理研究所, 教授 ; HEGGIE Dougl エジンバラ大学, 数学, 助教授 ; VERBUNT Fran ユトレヒト大学, 高エネルギー天文, 教授 ; MCMILLAN Ste ドレクセル大学, 天体物理, 助教授 ; BARNES Joshu ハワイ大学, 天文, 助教授 ; HUT Piet プリンストン高等研究所, 教授 ; 船渡 陽子 東京大学, 教養学部, 特別研究員 ; 大野 洋介 東京大学, 教養学部, 特別研究員 ; 上野 宗孝 東京大学, 教養学部, 助手 (30242019) ; 蜂巣 泉 東京大学, 教養学部, 助手 (90135533) ; 牧島 一夫 東京大学, 理学部, 助教授 (20126163) ; 稲垣 省五 京都大学, 理学部, 助教授 (80115790) ; 観山 正見 国立天文台, 教授 (00166191) ; LARS Hunquist Lick Observatory. Univ. of California ; J.J.MONAGHAN Dept. of Mathematics, Monash Univ. ; J J Monaghan モナシュ大学, 数理研究所, 教授 ; PETER Teuben メリーランド大学, 天文, 助教授 ; LARS Herngui カニフォルニア大学, リック天文台, 助教授 ; FRANK Verbun ユトレヒト大学, 高エネルギー天文, 教授 ; DOUGLAS Hegg エジンバラ大学, 数学, 助教授 ; STEPHEN Mcmi ドレクセル大学, 天体物理, 助教授 ; JOSHUA Barne ハワイ大学, 天文, 助教授 ; PIET Hut プリンストン高等研究所, 教授 ; SUSSMAN G.J. マサチューセッツ工科大学, 電子, 教授 ; HEGGIE D.C. エジンバラ大学, 数学, 助教授 ; HERNQUIST L. カリフォルニア大学, リック天文台, 助教授 ; STEPHEN McMi ドレクセル大学, 天体物理, 助教授 ; 川辺 幸子 (奥村 幸子) 東京大学, 教養学部, 助手 (20224842) ; 牧野 淳一郎 東京大学, 教養学部, 助手 (50229340) ; 戎崎 俊一 東京大学, 教養学部, 助教授 (10183021)
• 研究期間 (年度): 1991 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 9,500千円 (直接経費: 9,500千円); 1993年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 1992年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 1991年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
• キーワード: 専用計算機 / SPH(ならされた粒子)法 / 球状星団 / 重力多体系 / 重力散乱 / 銀河中心核 / 恒星衝突 / 重力多体シミュレーション / ツリーコード / 渦糸法 / 3K宇宙背景放射 / 銀河団 / パルサ- / 二体相関

研究概要

平成3年度
牧野(東大)はHeggie(エディンバラ大)、McMillan(ドレクセル大)やAarseth(ケンブリッジ大)といっしょに専用計算機に適したソフトウエア開発に従事した。その結果、衝突系の重力多体シミュレーション用のHermite積分コードが完成した。このコードはこれまで広く使われてきたAarsethコードと比べて、単純で専用計算機に向いていること、時間ステップを2倍取れること、再出発が簡単にできることなど多くのメリットを持っている。
McMillan(ドレクセル大)は東大に滞在し、専用計算機GRAPE-2Aに彼の球状星団の進化のシミュレーションコードを実装した。その際、稲垣(京大)もその作業を手伝った。Hunquist(カリフォルニア大)も東大に滞在し、彼のSPH(ならされた粒子)法コードを専用計算機GRAPE-3に実装した。どちらの計算コードも専用計算機GRAPEを使って十分に加速できることを確認した。
平成4年度
牧野(東大)、Hut(プリンストン高等研究所)、Hunquist(カリフォルニア大)はツリーコードを使った重力多体シミュレーションの誤差解析を組織的に行ない、そのシミュレーション結果に与える影響を調べた。この結果、ツリーコードは無衝突系の重力多体シミュレーションには十分な精度があることを確認した。また、Hut(プリンストン高等研究所)、McMillan(ドレクセル大)は球状星団に最初から含まれる連星系の星団の進化に与える影響を調べ、球状星団の重力熱力学的コアコラプスの後の進化に大きな影響があることがわかった。
蜂巣(東大)は渦糸法による非圧縮性流体のシミュレーションを専用計算機GRAPEで大幅に加速できること示した。また、戎崎、牧野(東大)は大学院生の福重といっしょに専用計算機GRAPE-2Aを使って光の重力散乱実験を行ない、天体の重力散乱で3K宇宙背景放射の異方性が消えてしまう可能性があることを示した。さらに、戎崎、牧野(東大)は大学院生の船渡といっしょに専用計算機GRAPE-3を使って、銀河団の力学的進化のシミュレーションを行なった。この結果、銀河の外側のかなりの部分がはぎ取られてしまうことがわかった。
平成5年度
平成5年度は最終年度に当たるので8月下旬にHut(プリンストン高等研究所)、McMillan(ドレクセル大)、Teuben(メリ-ランド大)が研究成果を東京大学教養学部に持ち寄り、高密度恒星系の進化と専用計算機の開発についてワークショップを開いた。このワークショップには初年度の参加者である杉本、戎崎、牧野も参加した。このワークショップで球状星団や銀河中心領域などの高密度恒星系での恒星どうしの直接衝突の重要性が改めて確認された。ハッブル宇宙望遠鏡による球状星団の中心部の高分解能観測によって、中心部には恒星どうしの直接衝突でできたと思われる重たい星がたくさんあることがわかった。また、銀河中心にあるブラックホールは、恒星とブラックホールの衝突・合体によって成長したと考えられる。この認識を元に、自己重力流体シミュレーションの専用計算機の開発が必要であることが結論された。ワークショップの成果は成果報告書にまとめ、広く公表する予定である。
蜂巣、上野(東大)と観山(国立天文台)は色々なSPH法のアルゴリズムを検討し、観山の大学院生である犬塚が開発したGudnov型SPH法が最も自己重力流体計算用の専用計算機に適していると結論した。東京大学教養学部と国立天文台理論部が共同で自己重力流体専用計算機の概念設計を行ない、専用計算機の試作を進めている。来年度はこの試作1号機で恒星の衝突のシミュレーションを行なう。また、その経験を元に専用LSIの試作を進めるつもりである。
船渡(東大)は重力多体問題専用機HARP-2を使って、遠方の銀河の像が手前にある天体による重力散乱でどのように変形するか調べた。その結果、赤方偏移が1以上の銀河の明るさは平均して2倍近く暗くなるという結果を得た。これは遠くの銀河の統計的な性質を議論するとき、重力散乱の効果を考慮しなければならないことを示している。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ohno,J.Makino,I.Hachisu,M.Ueno,T.Ebisuzaki,D.Sugimoto,S.K.Okumura,and Y.Chikada: "DREAM-1:Special-Purpose Computer for Computational Fluid Dynamics." Publs.Astron.Soc.Japan. 45. 377-392 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] I.Hachisu et al.: "Mixing in Ejecta of Supernovae II.Mixing Wilth of 2D Rayleigh-Taylor Instabilities in the Helium Star Models for Type Ib/Ic Supernovae." Astron.& Astrophys.(in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Goodman,D.C.Heggie,and P.Hut: "On the Exponential Instability of N-Body Systems." Astrophys.J.415. 715-733 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.L.W.McMillan and S.J.Aarseth: "An O(N log N)Integration Scheme for Collisional Stellar Systems." Astrophys.J.414. 200-212 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.L.Breeden,H.N.Cohn,and P.Hut: "The Onset of Gramothermal Oscillations in Globular Cluster Evolution." Astrophys.J.421. 195 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.J.Monaghan: "Vorticity,Angular Momentum,and Cloud Fragmentation" Astrophys.J.420. 692-704 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Lars Henquist,Piet Hut,and J.Makino: "Discreteness Noise Versus Force Errors in N-body Simulations." Astrophys.J.(Letters). 402. L85-L88 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] P.Hut,S.McMillan,and R.W.Romani: "The Evolution of a Primodial Biravy Population in a Globular Cluster." Astrophys.J.389. 527-545 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Makino and S.J.Aarseth: "On a Hermite Integrator with Ahmad-Cohen Scheme for Gravitational Many-Body Problem." Publs.Astron.Soc.Japan. 44. 141-151 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.M.Miyama: "Criteria for the Collapse and Fragmentation of Rotating Clouds." Publs.Astron.Soc.Japan. 44. 193-202 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Umemura,T.Fukushige,J.Makino,T.Ebisuzaki,D.Sugimoto,E.L.Turner,and A.Loeb: "Smoothed Particle Hydrodynamics with GRAPE-1A." Publs.Astron.Soc.Japan. 45. 311-320 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Makino,E.Kokubo,and M.Taiji: "HARP:A Special-Purpose Computer for N-Body Problem." Publs.Astron.Soc.Japan. 45. 349-360 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Belloni,F.Verbunt,and J.H.M.M.Schmitt: "ROSAT Detection of Stellav X-ray Sources in the Old Open Cluster M 67" Astron.& Astrophys.269. 175-180 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 杉本 大一郎: "手作りコンピュータへの挑戦 テラフロップス・マシンをめざして" 講談社, 197 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 杉本 大一郎 編: "専用計算機によるシミュレーション" 朝倉書店, 130 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Ohno,J.Makino,I.Hachisu,M.Ueno,T.Ebisuzaki,P.Sugimoto,S.K.Okumura,and Y.Chikada: "DREAM-1 : Special-Purpose Computer for Computational Fluid Dynamics" Publs. Astron. Soc. Japan. 45. 377-392 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] I.Hachisu et al.: "Mixing in Ejecta of Supernovae II. Mixing Width of 2D Rayleigh-Taylor Instabilities in the Helium Star Models for Type Ib/Ic Supernovae" Astron. and Astrophys.(in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Goodman, D.C.Heggie, and P.Hut: "On the Exponential Instability of N-Body Systems." Astrophys.J.415. 715-733 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.L.W.McMillan and S.J.Aarseth: "An O (N log N) Integration Scheme for Collisional Stellar Systems" Astrophys.J.414. 200-212 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.L.Breeden, H.N.Cohn, and P.Hut: "The Onset of Gramothermal Oscillations in Globular Cluster Evolution" Astrophys.J.421. 195 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.J.Monaghan: "Vorticity, Angular Momentum, and Cloud Fregmentation" Astrophys.J.420. 692-704 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Lars Hunquist, Piet Hut, and J.Makino: "Discreteness Noise Versus Force Errors in N-body Simulations" Astrophys.J.(Letters). 402. L85-L88 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] P.Hut, S.McMillan, and R.W.Romani: "The Evolution of a Primodial Binary Population in a Globular Cluster." Astrophys.J.389. 527-545 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Makino and S.J.Aarseth: "On a Hermite Integrator with Ahmad-Cohen Scheme for Gravitational Many-Body Problems." Publs. Astron. Soc. Japan. 44. 141-151 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.M.Miyama: "Criteria for the Collapse and Fragmentation of Rotating Clouds" Publs. Astron. Soc. Japan. 44. 193-202 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Umemura, T.Fukushige, J.Makino, T.Ebisuzaki, D.Sugimoto, E.L.Turner and A.Loeb: "Smoothed Particle Hydrodynamics with GRAPE-1A" Publs. Astron. Soc. Japan. 45. 311-320 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Makino, E.Kokubo, and M.Taiji: "Publs. Astron. Soc. Japan" 45. 349-360 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Belloni, F.Verbunt, and J.H.M.M.Schmitt: "ROSAT Detection of Stellar X-ray Sources in the Old Open Cluster M67" Astron. & Astrophys.269. 175-180 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.Sugimoto: Kodan-sha. Challenge to Hand-Made Super Computers, 197 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.Sugimoto ed.: Asakura-shoten. Simulations with Special Purpose Computers, 130 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Lars Hernquist,Piet Hut,and J.MAKINO: "Discreteness Noise Versus Force Erros in N-body Simulations" Astrophys.J.(Letters). 402. L85-L88 (1993)
• [文献書誌] P.Hut,S.Mcmillan,R.W.Romani: "The Evolution of a Primodial Binary Population in a Globular Cluster" Astrophys.J.389. 527-545 (1992)
• [文献書誌] J.MAKINO and S.J.Aarseth: "Ona Hermite Integrator with Ahmod-Cohen Scheme for Gravitational Many-Body Problems" Publs.Astron.Soc.Japan. 44. 141-151 (1992)
• [文献書誌] S.INUTSUKA and S.M.MIYAMA: "Self-Similar Solutions and Stability of Collapsing Isothermal Filaments" Astrophys.J.388. 392-399 (1992)
• [文献書誌] K.TAKAHASHI and S.INAGAKI: "Application of the Generalized Variational Principle to Self Similar Solutions for Evolution of Star Clusters" Publs.Astron.Soc.Japan. 44. 623-631 (1992)
• [文献書誌] T.WATANABE and S.INAGAKI: "Homogeneous Spheroid Model for Cosmological Peculiar Velocity Field" Publs.Astron.Soc.Japan.44. 561-573 (1992)
• [文献書誌] S.K.Okumura,T.Ebisuzaki,and J.Makino: "Kinemalic Structures of Merger Remnants" Publ.Astron.Soc.Japan. 43. 781-794 (1991)
• [文献書誌] T.Ebisuzaki,J.Makino and S.K.Okumura: "Merging of Two Galaxies with Central Blacklldes" Nature. 354. 212-214 (1991)
• [文献書誌] S.M.Miyama: "Criteria for Collapse and Fragments of Rotating Clouds" Publ.Astron.Soc.Japan. (1992)
• [文献書誌] S.Watanabe and S.M.Miyama: "Collision and Tidal Interaction Between Planetesimals" Astrophys.J.(1992)
• [文献書誌] K.Takahashi and S.Inagaki: "Post-Collapse Evolution of Globular Clusters with Stochastic Energy Sources" Publ.Astron.Soc.Japan. 43. 589-606 (1991)
• [文献書誌] J.Makino and S.J.Aarseth: "On a Hermit Integrator with Ahmod-Cohen Scheme for gravitational Mony-Body Problems" Publ.Astron.Soc.Japan.(1992)