高エネルギー天体物理学

重力崩壊型超新星爆発は大質量星が最期の瞬間に起こす大爆発です。その瞬間的な明るさは母銀河に匹敵するため、古来から多くの観測がなされてきました。しかし、爆発メカニズムは未だ完全には明らかになってはいません。ただ、超新星爆発のあとに中性子星やブラックホールといったコンパクト天体が残されることや、10⁵⁸個も生成されるニュートリノが本質的な働きを及ぼしているらしいことは明らかになってきました。

私は、爆発メカニズムを明らかにするために、ニュートリノ輻射輸送と流体力学を組み合わせたニュートリノ輻射流体シミュレーションを用いて研究を進めています。こうした計算を実行するにはパソコンでは計算力が足りないため、スーパーコンピュータを活用しています。

日本語での解説記事も書いています。
日本天文学会誌 天文月報 2011 年 6 月号の記事
日本流体力学会誌「ながれ」2012 年 10 月号記事

ガンマ線バースト (GRB) は宇宙で最も激しい爆発のひとつです。GRBは二種類に分類できることが知られています。継続時間の長いものは大質量星がその一生の最後に起こし、短いものはふたつの中性子星やブラックホールが合体する瞬間に起こると考えられています。GRBは超相対論的なアウトフロー（ジェット）によって生成されていることがわかっていますが、このジェットをどのように作るのかは大きな謎のままです。また、ジェットが星のなかを穴掘りのように突き進む段階で何が起こるのか。私はこれらの謎を解くために、さまざまなアプローチで研究を進めています。

中性子星は、わずか半径10キロメートルほどの領域に太陽質量(2×10³⁰キログラム)以上の物質が詰まっている超高密度天体です。中性子星は超新星爆発の結果作られるため、中性子星の成り立ちを理解するには、超新星から中性子星へとつながる包括的な理解が必要です。私は、超新星爆発シミュレーションを用いた中性子星形成について研究を進めています。

中性子星は典型的に10¹²ガウスという強磁場を持っています（地球の表面磁場は約0.5ガウス）。その中でも桁外れに磁場の大きなものをマグネターと呼びます。宇宙で最強の磁石星です。この強磁場が引き起こす現象についての研究も行っています。

宇宙にある多様な元素は星の中で生成され、超新星爆発によって宇宙空間に供給されました。わたしたちの体を成り立たせている炭素や酸素は星からやってきたのです。こうした元素の成り立ちや、超新星内部で進む元素合成の研究を行っています。

宇宙で最初に形成された星を初代星と呼びます。初代星は、形成時の環境が現在と大きく異なるため、その質量などが我々の周辺の星とは全く異なっていると考えられています。わたしは、こうした初代星がその一生の最後に起こす重力崩壊現象や爆発現象を用いて初代星そのものやさらには初期宇宙の天体現象を明らかにする研究を行っています。

マルチメッセンジャー天文学は、これまでの天文学を牽引してきた電磁波にとどまらず、ニュートリノや重力波といった異なるメッセンジャーを組み合わせることで切り拓かれる、21世紀の新しい天文学のかたちです。わたしは、特に超新星爆発に注目して、マルチメッセンジャー天文学で星の最深部に迫る研究を進めています。