2020 年度実施状況報告書

未知の突発的質量放出現象の解明

研究課題

研究課題/領域番号	18K03714
研究機関	国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
研究代表者	山村一誠国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (40322630)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	質量放出 / ダストエンベロープ
研究実績の概要	本研究は、2012年に我々が発見した、過去20年の間に大規模な質量放出を行い、急激な赤外線光度の変動を見せた天体の素性を明らかにすることを目的としている。本研究では、我々がこれまで取得した赤外線~電波領域の観測データに対して、輻射輸達計算による詳細な解析により、この天体の星周エンベロープの構造を決定し、そこで起きている事象を定量化する。さらにこの天体の進化過程を推定し、その恒星進化・宇宙進化への影響を議論する。これまでの初期的な解析から、この天体の質量放出量、エンベロープの膨張速度などの性質は、これまでに知られているいかなる天体とも異なっていることが示唆され、その進化過程、質量放出メカニズムの解明が急務である。後述の通り、これまでの研究進捗は計画よりも遅延しており、発表できる成果はまだ得られていない。一つの理由は、研究代表者の所属機関におけるプロジェクト業務が想定以上に増大し、本研究に費やす時間が大きく削減されたことによる。また、技術的な困難にも直面している。研究初年度(2018年度)に研究協力者である北海道大学小笹教授(現名誉教授)から提供された、ダストエンベロープ輻射輸達計算プログラムにより、光学的に極めて厚いダストエンベロープのスペクトルが計算できるようになった。第2,3年度はこのプログラムを用いて観測を再現するエンベロープ構造のパラメータを求めようとしていたが、当初の想定と異なり、単純な球対称構造のエンベロープと、ダストの光学的厚さのみをパラメータにしたのでは、観測データをうまく再現することが出来ないことが分かってきた。より斬新な発想でのモデルの構築を進める必要があることが認識されている。これまで大きく遅延が生じていることから、事業期間の延長を決断した。プロジェクト業務は2021年度に入り大きく減り、本研究を再開できる見通しである。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 4: 遅れている理由初年度にあたる2018年度は、研究協力者である小笹教授により開発された、モンテカルロ法を用いたダスト輻射輸達モデルを適用し、極端に光学的に厚いこの天体のダストエンベロープの構造を決定することを目指して、解析環境の整備と、プログラムの動作確認・改修を経て、想定した状況での計算結果が得られるようになった。また、計算の高速化にも取り組んだ。第2年度にあたる2019年度は、このプログラムにより、観測スペクトルを再現できるようなエンベロープの構造、ダストの光学的厚さを求めようとした。しかし、物理的に意味のあるパラメータ範囲内(特に光学的厚さ)では、改善の方向に進むものの観測データを再現するにはほど遠く、課題解決のためにはこれ以外のパラメータも含めた検討を行う必要がある。小笹氏とも相談しつつ、エンベロープの構造や、内部の密度分布、ダストの光学特性等他の要素も含めた総合的な検討を進めている。2020年度は、上記の通りプロジェクト業務の影響で本研究が停滞した。このような状況で、研究進捗状況は、想定されたスケジュールに比べて大きく遅れている。
今後の研究の推進方策	上記の通り、現在まず行わなければならないのは観測スペクトルを再現するためのエンベロープパラメータの方向性付けである。これはさまざまなアイデアとその組み合わせも含めた試行錯誤が必要である。現在の計算環境は相当高速ではあるが、プログラムの最適化やスクリプト可により、一層の高速化・高効率化が必要と認識している。また、これまでのアプローチでは計算結果に限界が見えつつあり、大きく発想を変えたエンベロープ構造や、ダストの光学特性などまで広げて検討を進めたい。また、ALMA観測データの再解析とモデルスペクトル計算については、現在使用している比較的簡単なモデルを用いて、ダストエンベロープに対する分子ガスの広がりを求めることを当面の目標として進める。これらの結果を元に関連研究者によるWorkshopを開催して議論を深め、成果としてまとめる事を計画しているが、コロナ禍によりオンラインでの実施の可能性もある。
次年度使用額が生じた理由	解析結果が得られたところで関連研究者を集めてWorkshopを開催することにしていたが、上記の通り解析の進捗に遅延が発生し、また新型コロナウィルス感染拡大の影響で実施出来ず、旅費がほぼそのまま繰り越されている。この状況は大きく変わらないと予想され、またオンライン会議が普及したことから、次年度は研究を加速するための、計算機資源(ソフトウェア、ハードウェア含む)の増強や、研究補助謝金等に利用したいと考えている。