Athena++による星形成過程のマルチスケール輻射磁気流体シミュレーション

• 研究課題/領域番号: 17KK0091
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 富田 賢吾 大阪大学, 理学研究科, 招へい教員 (70772367)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円)
• キーワード: 宇宙物理学 / シミュレーション / 磁気流体力学 / 輻射輸送 / 数値シミュレーション / 計算物理学 / 宇宙物理 / 理論天文学 / 流体 / 計算物理 / 星形成

研究成果の概要

本研究ではPrinceton大学のStone教授らと共同でAthena++コードの開発を行った。Athena++は宇宙物理学向けの新しい公開輻射磁気流体計算コードである。本研究では特に自己重力ソルバの解適合細分化格子（AMR）への対応と、その輻射輸送への拡張に取り組んだ。自己重力ソルバはAMR上では多少追加の計算コストを要するものの、安定に計算できる実装が完了した。また、Multigrid法の輻射輸送への拡張の第一段階として拡散近似の実装を行った。拡散係数の分布が滑らかな場合には安定な計算ができたが、非線形性の強い場合や拡散係数が急激に変動する場合には収束性に難があり、継続して改良に取り組む。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Athena++は輻射磁気流体シミュレーションコードであり、インターネット上で広く一般に公開している。自己重力ソルバや輻射輸送ソルバは宇宙物理学の幅広い問題に共通する基礎物理過程であり、これを実装し公開することは幅広くコミュニティに貢献する。また本コードを用いた講習会やユーザーズミーティングも開催しており、若手研究者の育成にも重要な役割を果たしている。また優れたシミュレーションコードは現在の宇宙物理学研究のインフラストラクチャと言えるものであり、国際的な共同研究の基盤ともなる。

研究成果

• [国際共同研究] Princeton University(米国) (2018)
• [雑誌論文] Giant Protostellar Flares: Accretion-driven Accumulation and Reconnection-driven Ejection of Magnetic Flux in Protostars (2019)
  • 著者名/発表者名: Takasao Shinsuke、Tomida Kengo、Iwasaki Kazunari、Suzuki Takeru K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 878 号: 1 ページ: L10-L10
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab22bb
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonideal MHD Simulation of HL Tau Disk: Formation of Rings (2019)
  • 著者名/発表者名: Hu, X., Zhu, Z., Okuzumi, S., Bai, X.-N., Wang, L., Tomida, K., & Stone, J. M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 885 号: 1 ページ: 36-36
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab44cb
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Multigrid gravity solver on AMR for Athena++ (2020)
  • 著者名/発表者名: 富田賢吾
  • 学会等名: 令和元年度 国立天文台 天文シミュレーションプロジェクト ユーザーズミーティング
• [学会発表] Formation and Early Evolution of Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Tomida
  • 学会等名: Workshop on Star Formation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Formation and Early Evolution of Circumstellar Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Tomida
  • 学会等名: Zooming in on Star Formation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Global Non-ideal Magnetohydrodynamic Simulations of Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Tomida, K. Iwasaki, S. Takasao, S. Okuzumi, S. Mori, T. K. Suzuki
  • 学会等名: CCS International Symposium 2019
  • 国際学会
• [学会発表] MHD Ssmulations with Athena++: from molecular clouds to protoplanetary disks (2019)
  • 著者名/発表者名: Kengo Tomida
  • 学会等名: Max Planck Princeton Center Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inside Athena++ (2019)
  • 著者名/発表者名: Kengo Tomida
  • 学会等名: Athena++ Users and Developers Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Athena++: a New MHD Simulation Code with Adaptive Mesh Refinement (2018)
  • 著者名/発表者名: Kengo Tomida
  • 学会等名: The 8th East Asian Numerical Astrophysics Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Athena++
  • URL: https://princetonuniversity.github.io/athena/
• [備考] Athena++ 日本語サポートページ
  • URL: https://www.astr.tohoku.ac.jp/~tomida/athena/
• [備考] Athena++日本語サポートページ
  • URL: http://astro-osaka.jp/tomida/athena/