宇宙に広がる粒子の運動解析に新手法―数値実験を飛躍的に高精度化：筑波大学ほか
(2017年11月13日発表)
筑波大学と（国）海洋研究開発機構、東京大学の研究チームは11月13日、宇宙空間に広がるニュートリノやプラズマなどの粒子の運動をコンピューターで解析する新手法を開発したと発表した。粒子の運動状態を従来の手法より飛躍的に高い精度で再現できるため、宇宙の大規模構造形成にニュートリノなどの粒子がどう影響したかなど宇宙の謎の解明に役立つと期待している。
研究チームには筑波大学計算科学研究センターの田中賢研究員と吉川耕司講師、海洋研究開発機構の簑島敬研究員、東京大学大学院国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構の吉田直紀教授らが加わった。
宇宙に広がるさまざまな粒子の運動は理論的に「ブラソフ方程式」と呼ばれる基礎方程式に従うことが解明されている。これを解くことで宇宙における粒子の数密度をその位置や速度の分布関数の時間的な変化として厳密に求めることができる。ただ数学的にそのまま一般的な解を求めることは、非常に限られた条件の場合以外は不可能とされている。
このためニュートリノなどの粒子の集団的な運動をこの方程式を使ってコンピューターで数値計算する試みが進められてきた。しかし従来の解析手法では数値計算に必要なメモリー量が膨大になり、現実的には精度の高い解析は困難だった。
これに対し、研究チームは原理的にはいくらでも高い精度で数値計算できる新しい解析手法を開発、同じメモリー量で計算をした場合には従来よりも格段に高精度のシミュレーション結果が得られるようになったという。宇宙に飛び交うプラズマ粒子を対象にした数値実験では、これまで難しかった速度空間上でプラズマ粒子が旋回運動する様子を正確にとらえることができたという。
研究チームは今後、新手法を利用して従来困難だった宇宙の大規模構造の形成過程におけるニュートリノの影響や宇宙プラズマの解明に取り組む。
