東北大学学際科学フロンティア研究所の川面洋平助教（大学院理学研究科兼任）を中心とした国際チームは，国立天文台の「アテルイⅡ」をはじめ複数のスーパーコンピュータ用いたシミュレーションによって，太陽風やブラックホール降着円盤を構成する宇宙プラズマ中のイオンが電子よりも高温となるメカニズムの解明に成功しました．宇宙プラズマの乱流中には縦波的ゆらぎと横波的ゆらぎが存在していますが，これまで行われてきた横波的ゆらぎのみを考慮した研究では，イオンが高温となるような理由を必ずしも説明できませんでした．本研究では，世界で初めて縦波的ゆらぎを含む無衝突乱流を計算し，イオンが縦波的ゆらぎのエネルギーを選択的に吸収することで電子より高温になることを突き止めました．この結果は，2019年に公開されたイベント・ホライズン・テレスコープによるブラックホールの影の撮像結果を解析する際にも重要となります．
　本研究の成果は，2020年12月11日に発行された米国の科学雑誌「Physical Review X」に掲載されました．

　神戸大学大学院理学研究科惑星学専攻の平田直之助教，大槻圭史教授，大島商船高等専門学校の末次竜講師からなる研究グループは，ボイジャー1号・2号とガリレオ探査機の撮影した画像を詳細に再解析し，木星衛星ガニメデに残る非常に古い溝状地形の方向分布を調べました．その結果，溝状の地形がある点を中心に，ほぼ衛星全体にわたって同心円状に分布していることを発見しました．これは，この地形が衛星全体におよぶ巨大な一つのクレーターの一部であることを示しています．さらに，国立天文台が運用する「計算サーバ」を用いたコンピュータ・シミュレーションにより，この巨大クレーターは半径150 kmの小惑星が衝突した痕跡と考えられることを明らかにしました．これは，太陽系で最大規模の衝突の痕跡です．
　ガニメデは，欧州宇宙機関（ESA）が推進し日本も参加する木星氷衛星探査計画（JUICE計画）の探査目標です．この探査により本研究の結果が検証でき，木星の衛星系の形成と進化の解明が進むと期待されます．
　この研究成果は，米国の国際惑星科学誌『イカルス』オンライン版に2020年7月15日に掲載されました．（2020年7月27日 プレスリリース）

東北大学大学院理学研究科の鄭昇明 研究員と大向一行 教授は、国立天文台のスーパーコンピュータ「アテルイⅡ」を用いた数値シミュレーションにより、銀河中心に存在する巨大ブラックホールの起源に対する新説を提唱しました。従来の説では、水素とヘリウムからなる始原ガスからのブラックホールの種の形成が考えられていました。この説では、宇宙初期に存在する一部の巨大ブラックホールの起源は説明できるものの、銀河中心に位置するような巨大ブラックホールの数を説明することができませんでした。しかし、今回のシミュレーションは、重元素を少量含んだガスからの星形成時でも、小さい星が大きい星へ合体することで、巨大ブラックホールの種となる巨大星の形成も可能であることを示しました。これにより巨大ブラックホールの起源を統一的に説明できる可能性が開けました。本成果は、『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』オンライン版に2020年4月4日に掲載、また2020年5月号に掲載されました。（2020年6月2日 プレスリリース）

【概要】

　名古屋大学高等研究院（兼・大学院理学研究科）の藤井悠里 特任助教と国立天文台科学研究部の荻原正博 特任助教は，土星とその衛星タイタンのように，ガス惑星が大きな衛星をひとつだけもつ系の形成シナリオを初めて提唱しました．
　土星の衛星は現在82個見つかっていますが，その中でも衛星タイタンはひときわ大きいことで有名です．これまでの研究では，このような大きな衛星が惑星の周りにできたとしても複数できるか，もしくはすぐに惑星に落ち込んでしまい残ることができないとされてきました．そのため，大きな衛星をひとつしか持たない衛星系がどのように形成されるかは，長らく謎とされてきました．
本研究では，衛星の材料となったガス惑星周囲の円盤状のガスの温度分布を精密に計算し，そのような円盤の中で形成される衛星の運動を国立天文台が運用する「計算サーバ」を用いて詳細にシミュレーションしました．その結果，円盤内の温度が異なるガスから衛星が力をうけることで，衛星が惑星に向かって移動することを防ぐ「安全地帯」が存在することを発見しました．この「安全地帯」に一時避難した衛星が，惑星の周りからガスが散逸するまで生き残った場合に，タイタンのような大きな衛星をひとつだけもつ衛星系を形成することができることがわかりました．

京都大学基礎物理学研究所 西道啓博 特定准教授（兼：東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構 Kavli IPMU 客員科学研究員），Kavli IPMU 高田昌広 主任研究者，弘前大学，国立天文台，名古屋大学の研究者からなる共同研究チームは，現在の宇宙で観測される銀河の大域的空間分布に見られる「網の目構造」の起源を調査するために，国立天文台のスーパーコンピュータ「アテルイ」及び「アテルイII」を用いて，大規模な宇宙の構造形成^*1シミュレーションを実行しました．ダークマター，ダークエネルギーなどの宇宙の組成^*2，またインフレーションモデルが予言する宇宙の初期条件に関するパラメータが構成する多次元空間から101個の代表点を選び出し，これら全てを網羅するシミュレーション群を実行することで，大規模なデータベースを構築しました．さらに，このデータベースを分析するAIフレームワーク「ダークエミュレータ」を開発し，「任意の」宇宙モデルにおける宇宙の大規模構造の観測量を正確かつ高速に計算することに成功しました．ダークエミュレータを用いることで，スーパーコンピュータでは数日かかる理論予言を，元々のシミュレーションの結果と遜色のない精度を保ちながらもノートパソコンで数秒以内に計算することが可能になります．これは計算コストをおおよそ１億分の１に低減したことになり，実観測データから宇宙の根源的な情報を引き出す操作を飛躍的に高速化することを可能としました．
本研究成果は，2019年10月8日に米国の天体物理学専門誌「アストロフィジカル・ジャーナル」にオンライン掲載されました．
（2020年2月5日 プレスリリース）

【概要】

惑星は太陽のような恒星の周りを回る天体です．しかし，鹿児島大学と国立天文台の研究者からなるチームは，この常識を覆す理論を提案しました．まったく新しい「惑星」の種族が銀河中心の巨大ブラックホールの周囲に形成される可能性を世界ではじめて理論的に示したのです．現在，3000以上の恒星のまわりで太陽系外惑星が見つかっており，その形成理論が提唱されています．研究チームはこの理論が正しいならば，銀河の中心に存在している太陽の1000万倍もの質量をもつ巨大ブラックホールの周りにあるマイクロメートルサイズの塵から，地球質量の10倍程度の「惑星」が1万個以上も形成されることを明らかにしました．この「惑星」はブラックホールから約10光年ほど離れたところを周り，その形成には数億年ほどかかるとされます．今回の発見は，まったく新たな研究分野の創設につながり，将来の技術革新によって，この新天体が実際に検出されるのではないかと研究チームは期待しています．
本研究成果は，2019年11月26日のアメリカ天文学会誌 Astrophysical Journal に掲載されます．
（2019年11月25日 プレスリリース）

ブラックホールを画像として捉えること，それは天文学における究極の目標の一つです．イベント・ホライズン・テレスコープ（Event Horizon Telescope，以下EHT）は，ブラックホールの姿を捉えるべく世界中の8か所の電波望遠鏡をつないだ，いわば地球サイズの望遠鏡です．2017年から始まったこの観測の初めての結果が，このたび公開されました．地球から5500万光年離れた楕円銀河M87の中心に存在する巨大ブラックホールが作り出す「ブラックホールシャドウ」と呼ばれる黒い影とその周辺の「光子リング」をEHTは描き出しました．観測の詳細については国立天文台プレスリリース「史上初、ブラックホールの撮影に成功―地球サイズの電波望遠鏡で、楕円銀河M87に潜む巨大ブラックホールに迫る」をご覧ください．

【概要】

　宇宙最大の爆発現象である「ガンマ線バースト」の起源の一部は，大質量星が一生の最期に起こす大爆発で形成されるジェットによるものと考えられていますが，そこからのガンマ線の放射メカニズムは長い間謎とされてきました．理化学研究所の伊藤裕貴研究員らによる研究チームは，国立天文台のスーパーコンピュータ「アテルイ」などを用いて，放射メカニズムとして有力と考えられている「光球面放射モデル」を，現実に近い条件のもと大規模なシミュレーションを行いました．その結果，これまで観測的に知られていたガンマ線バーストのスペクトルと明るさの相関関係「米徳（よねとく）関係」を再現することに成功しました．これは，ガンマ線バーストの主要な放射メカニズムが光球面放射であることを示し，大質量星の爆発の過程を解き明かすことにつながる成果です．
　この研究成果は英国のオンライン科学雑誌「Nature Communications」に2019年4月3日に掲載されました．
（2019年4月3日 プレスリリース）

【概要】

　金やレアアース元素などの重元素の起源として、中性子星同士の合体が近年注目されています。中性子星合体で生成される重元素の種類や量を調べるには、合体したときに放射される電磁波を分析する必要があります。核融合科学研究所の加藤太治（かとうだいじ）准教授、リトアニアのビリニュス大学のガイガラス・ゲディミナス教授、東北大学の田中雅臣（たなかまさおみ）准教授らは、核融合研究に用いられる計算手法を応用した大規模計算によって、中性子星合体からの光の解析に欠かすことのできない、元素が吸収・放射する光の波長や強さなどを表す原子データを、世界最高の精度で求めることに成功しました。天文学と核融合科学の協力により、宇宙における重元素の起源の解明が今後さらに加速することが期待されます。
この研究成果は2019年2月1日（日本時間2月2日）に米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル・サプリメント・シリーズ』オンライン版に掲載されました。
（2019年2月21日 プレスリリース）

【概要】

国立天文台の泉拓磨氏，鹿児島大学の和田桂一氏を中心とする研究チームは，アルマ望遠鏡を使ってコンパス座銀河の中心に位置する超巨大ブラックホールを観測し，その周囲のガスの分布と動きをこれまでになく詳細に明らかにすることに成功しました．活動的な超巨大ブラックホールの周囲にはガスや塵のドーナツ状構造が存在すると考えられてきましたが，その成因は長年の謎でした．今回の観測結果とスーパーコンピュータ「アテルイ」によるシミュレーションを駆使することで，超巨大ブラックホールの周囲を回りながら落下していく分子ガス円盤と，超巨大ブラックホールのすぐ近くから巻き上げられる原子ガスの存在が浮かび上がり，これらの「ガスの流れ」が自然とドーナツ的構造を作っていることが確かめられました．この結果は，存在そのものは天文学の教科書に掲載されていながら，その詳しい構造・運動・形成メカニズムがわかっていなかったドーナツ状構造の正体を暴いた，重要な成果といえます．（2018年11月30日 プレスリリース）