| 研究課題/領域番号 |
25610050
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉田 直紀 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90377961)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 宇宙物理学 / プラズマ物理学 |
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| 研究実績の概要 |
宇宙論的シミュレーションのハイブリッドコードを開発した。前年度に開発したVlasovソルバーに加えて、
ダークマター粒子の運動は Particle-Mesh法で計算し、熱速度をもつニュートリノと冷たいダークマター両成分の密度揺らぎの進化を整合的に解くことができるようになった。しかし、ニュートリノ成分の時間発展が、線形領域においても3パーセントほど解析解からずれる現象がみられ、計算コードをチェックしたのち、計算スキームを再検討している。はじめに時間積分の刻み幅を変動させて収束性を確かめたが、すでに十分小さな時間刻みを採用しており、線形理論との差が縮まるほどには変化なかった。次に、空間解像度と速度空間の解像度をそれぞれ１方向あたり64の場合と128の場合に確かめたところ、揺らぎの成長率は速度空間解像度に対する依存度が大きいことが分かった。しかし決定的な結論は得られておらず、線形理論との差は依然としてパーセントレベルで残っている。
現行のスキームでは速度分布関数の再構築の精度は空間2次であるが、これを高精度にし、高速度成分を解像することが必要であると見通しをたて、現在は５時のPFC法やMP5と呼ばれる高次差分公式を実装している。また、近年プラズマ物理学の分野で開発されたマルチモーメント法に着目し、計算コードへの実装を開始した。
上記の問題解決に時間を要しているため、共動座標を採用した宇宙論シミュレーションコードの開発は来年度までの計画とし、平行して、既に精度を確認している物理座標系を採用したVlasovソルバーを用いて、非線形振動現象など古典的な無衝突力学系の問題の計算を開始した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
Vlasovソルバに粒子系重力コードを組み合わせたハイブリッドコードは完成したが、解の精度をたしかめたところ、線形領域においても3パーセントほど解析解からずれる現象がみられた。これは近年の精密宇宙論に使用するには不十分な精度である。このため計算スキームを再検討することから始め、当初予定より完成に時間がかかっている。計算コードの基本部分については、共動座標系への変換をふくめて完了しているが、パーセントレベルのずれは現代の精密宇宙論では重大であるため、精度が向上するまでは成果発表も技術的なものに限定され、研究活動のこの面でも予定が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ハイブリッドコード完成へ向けて、さらにコード開発を続ける。昨年度に空間解像度や時間刻みなどいくつもの要素を検討したが、線形揺らぎ進化の精度向上のための決定的な結論は得られていない。速度分布関数の再構築の精度は現在空間2次であるが、これを高精度にし、高速度成分を解像することが必要であると見通しをたて、現在は高次差分公式を実装している。実装にはおよそ3か月ほどかかると見込んでおり、その後精度確認をした後、現実的な宇宙論シミュレーションを開始する。主要な宇宙論パラメータを固定し、ニュートリノ全質量だけを変更した計算を行い、将来の宇宙論サーベイにより得られる制限を明らかにする。
これと平行して、物理座標系を採用したコードをもちいて、重力系ランダウ減衰や動径不安定性など、古典的な力学の問題を3次元で計算する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計算コード開発に遅延が生じ、計算精度確認は行ったが、大規模プロダクションランを遂行するまでにはいたらなかった。そのため、予定していたハードディスク購入や研究発表は次年度に行うこととした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
ハイブリッド計算コードの開発を優先的にすすめ、当初予定のHDDなど必要消耗品を購入する。また最終年度は国内外の研究会で積極的に成果発表を行うため、旅費として使用する。
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