天文・宇宙分野１ 梅村雅之 「次世代スーパーコンピュータでせまる物質と宇宙の起源と構造」 次世代スーパーコンピュータ戦略プログラム・分野５「物質と宇宙の起源と構造」 科研費新学術領域「素核宇宙融合による計算科学に基づいた重層的物質構造の解明」合同シンポジウム 「次世代スーパーコンピュータでせまる物質と宇宙の起源と構造」 天文・宇宙分野１ 課題(7) 惑星・星・星団形成の基礎過程の解明 （責任者：牧野淳一郎） 課題(8) 銀河と超巨大ブラックホール形成の基礎過程の解明 （責任者：梅村雅之） 梅村雅之 筑波大学 計算科学研究センター 素粒子宇宙研究部門 数理物質科学研究科 物理学専攻
種の起源 月の起源 物質の起源－ビッグバン理論－ 1859年 チャールズ・ダーウィン （Charles Darwin） 1892年 ジョージ・ダーウィン（George Darwin） 物質の起源－ビッグバン理論－ 1948年 ジョージ・ガモフ（George Gamow） 原材料「イーレム」＝中性子 1950年 林忠四郎 原材料「イーレム」＝中性子＋陽子
重元素の起源 重元素はいつどのように生まれたのか？ 太陽 H 70.7% He 27.4% C 0.7% N 0.2% ビッグバン O 0.2% Si 0.1% ビッグバン H 70.7% He 27.4% 地球 O 49.5% Si 25.8% Al 7.56% Fe 4.70% Ca 3.39% Na 2.63% H 0.83% 重元素はいつどのように生まれたのか？
天体の起源 物質の起源 宇宙中性化 ⑧ ⑥ ⑨ 宇宙再電離 ⑨ ⑥ ⑧ ⑨ H2O ⑦ ⑨ ⑦ ビッグバン 宇宙時間 インフレーション 10-44秒 天体の起源 物質の起源 インフレーション ダークマター生成 QCD相転移 陽子，中性子形成 10-4秒 軽元素合成 （水素,ヘリウム ,... ） 38万年 密度ゆらぎ 宇宙中性化 宇宙 暗黒時代 ⑧ ⑥ ⑨ 初代超新星／GRB 宇宙最初の 重元素合成 （酸素, 炭素, 窒素... ） 第一世代天体 小ブラックホール 4億年 宇宙再電離 ⑨ 初代銀河 ⑥ 超新星／GRB 元素合成 （酸素, 炭素, 窒素, 金属元素, ...） ⑧ ⑨ 共進化 原始銀河 巨大ブラックホール H2O ⑦ 星形成 ⑨ 星の金属組成 （金属欠乏星） 137億年 （現在） 銀河団 ⑦ 惑星系 地球・太陽
第一世代星誕生の超高分解能シミュレーション （Umemura, Suwa, Susa, 2009） CDM 宇宙における初代星形成過程の 超高分解能シミュレーション z =30 P3M-GRAPE-SPH 計算 Baryon mass: 2106M Dark matter mass: 1107M z =20 3 x 108 particles for baryon + dark matter 分解能: 0.07M in dark matter 0.014M in baryon z =16
多重超新星爆発による原始銀河の進化 10243 格子流体計算 80,000,000 超新星爆発 Mori and Umemura, 2006, Nature, 440, 644 10243 格子流体計算 80,000,000 超新星爆発 ライマンアルファ天体 （観測） シミュレーション 8000万個の超新星爆発
星形成シミュレーション 惑星形成シミュレーション ４Ｄ２Ｕ 国立天文台
原子・光・ダークマターの６次元計算 ６次元輻射流体力学計算(原子＋光) ６次元ボルツマン方程式(ダークマター) 星 ダークマター 光 ガス雲 （原子）
６次元宇宙物理学によるブレークスルー ６次元ボルツマン方程式 ６次元輻射流体力学 すばる望遠鏡 ALMA計画 多波長・高分解能観測 ６次元宇宙物理学によるブレークスルー 原子 （流体計算） ６次元ボルツマン方程式 ６次元輻射流体力学 天体形成史の解明 重力レンズパターン の詳細計算 多波長スペクトル の直接計算 光 （輻射輸送計算） ダークマター （無衝突ボルツマン計算） すばる望遠鏡 ALMA計画 多波長・高分解能観測 との直接比較
第一世代天体の6次元輻射流体シミュレーション 計算手法：Ｎ体ダークマター＋輻射流体力学(START) 計算規模：Ｎ体＝10^12， START=10^8体 1PM/ DISK 10PB/Run 計算資源：次世代スパコン 計算時期：初期 実績、準備状況：2048^3 が天文 XT4 で 1ヶ月。実行性能50% 200万体問題をT2K-Tsukuba 128コアで１ステップ30秒。 波及効果、連携：初代超新星/GRB 小ブラックホール(課題６) z=20 z=12
銀河とブラックホール共進化の統合シミュレーション 計算手法：N体(Tree) +流体(SPH)＋6次元輻射流体(START)＋6次元ボルツマン(PFC) 計算規模：粒子数 N体＝10^12体，SPH＝10^10体，START ＝10^8体， PFC ＝ 256^3 (空間方向)×64^3 (運動量方向) 0.5PY/ DISK 0.1PB/Run 計算資源：分野内計算機あるいは次世代スパコン 計算時期：前期＆後期 実績、準備状況：実行性能 30%程度 波及効果、連携：巨大ブラックホール(課題９)，星形成(課題７) ３億年 6次元ボルツマン計算 ５億年 10億年 密度揺らぎのパワーの大きさの比 高精度流体計算 密度揺らぎの波数
次世代スパコンによる計画 課題(7) 惑星・星・星団形成の基礎過程の解明 N体＝10^12体，流体＝10^10体 課題(8) 銀河と超巨大ブラックホール形成の基礎過程の解明 流体＝10^10体，輻射流体 ＝10^8体， ボルツマン＝ 256^3 (空間方向)×64^3 (運動量方向) 銀河・巨大ブラックホール形成から 星・惑星系形成まで，宇宙の天体形成史を解明