大須賀 健（KEN OHSUGA）
筑波大学計算科学研究センター・教授/ 宇宙物理研究部門・主任


私達は、一般相対論を組み込んだ世界最高水準の流体シミュレーションと 放射輸送シミュレーションを基盤とし、 AIやGPUなどの最先端技術も統合しつつ、ブラックホールの形成・進化、 降着円盤やジェットの謎に挑むグループです。

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研究テーマ

■ブラックホール降着円盤の構造と放射特性
ブラックホールに落ち込むガスは円盤状の構造（降着円盤）を形成し、重力エネルギーをもとに強力な光を放出すると考えられています。 しかし、降着円盤の内部構造や放射が実際にどのように生み出されるのかは、まだ十分に理解されていません。 私たちは一般相対論を組み込んだシミュレーションにより、円盤構造と放射特性の物理を明らかにします。
■ブラックホールジェット・降着円盤風の形成機構
ブラックホール近傍では、光速に近い速度で噴き出す細いジェットや、より広がった円盤風が観測されています。 これらは銀河全体の進化にも影響する重要な現象です。 私たちは、物質と放射場・磁場との相互作用がどのようにこれらの噴出流を生み出すのかに注目し、その形成機構を理論とシミュレーションの両面から探究しています。
■巨大ブラックホールの成長過程の理解
宇宙初期には、すでに巨大ブラックホールが存在していたことが近年の観測から明らかになってきました。 しかし、限られた時間内にどのような経路でそこまで成長し得たのかは、まだ解明されていません。 私たちは、形成途上の銀河の中でブラックホールがどのようにガスを取り込み、成長していくのかを再現する数値シミュレーションを行い、巨大ブラックホールが効率よく成長する条件を探っています。
■ブラックホールの自転が生み出す物理現象
自転しているブラックホールからはエネルギーが抽出されうると考えられており、これが相対論的ジェットを駆動する可能性があります。 また、自転による慣性系の引きずりは、降着円盤やジェットを揺り動かす効果も生み出します。 私たちは、自転が生み出すこれらの現象を、一般相対論を組み込んだシミュレーションにより再現し、観測との対応を探っています。
■AIやGPUを駆使した研究法の開発
ブラックホール周辺の放射場を正確に扱うには膨大な計算コストが必要で、１度の実行で数ヶ月を要することもあります。 私たちは、放射場の振る舞いを AI で近似する手法を導入し、計算を劇的に高速化することに挑んでいます。 さらに GPU を活用したコード最適化も進め、極めて大規模な計算を「現実的な時間」で実現できる環境を整えています。

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キーワード：ブラックホール，中性子星, ジェット, 降着円盤, 円盤風, 巨大ブラックホール形成論, 活動銀河核, 超高光度X線源, X線連星, ブラックホールシャドー, 一般相対論的輻射磁気流体力学, 一般相対論的輻射輸送方程式, 数値シミュレーション

メンバー/出身研究者/主な共同研究者

教員
研究員
  • 朝比奈 雄太（研究員）
  • Huang Jiahui（科研費研究員）
  • Hu Haojie（学振外国人研究員）
博士課程
修士課程
  • 栗城 琉偉（M2）
  • ペレス アルバート健（M2）
  • 井上 雅貴（M1）
  • 小嶺 龍生（M1）
  • 知念 大樹（M1）
  • 中尾 颯吾（M1）
  • 松藤 勇希（M1）
学群生
  • 作田 結（B4）
  • 林 崇文（B4）
  • 溝井 三都貴（B4）
出身研究者
  • 井上 壮大（当グループ博士学生→東京大学）
  • 高橋 幹弥（当グループ博士学生→東京工業高等専門学校）
  • 尾形 絵梨花（当グループ博士学生→東京大学ビッグバン宇宙国際センター）
  • 恒任 優（当グループPD→ハーバード大学）
  • 小川 拓未（当グループPD→茨城工業高等専門学校）
主な共同研究者
研究グループの写真

大変だけど、楽しい。そんな研究室です。

過去の学位論文

博士論文

2024年度
"Three-dimensional Radiation Hydrodynamics Simulations of Wandering Black Holes: Effects of Anisotropic Radiation Feedback in Dusty-Gas" 尾形絵梨花
2023年度
"General Relativistic Radiation MHD simulations of super-Eddington accretion flows and outflows around a magnetized neutron star" 井上壮大
"Investigating energy and mass flows in supercritical accretion disks around Kerr-black holes via general relativistic radiation MHD simulations" 内海碧人
"Development of Time-dependent General Relativistic Radiation Transfer Code and Study on Black Hole Spin Estimation with Time-variable Radio Images" 高橋幹弥

修士論文

2024年度
"輻射流体シミュレーションによる降着円盤の熱的不安定とラインフォース駆動型円盤風の時間変動の研究" 黒田裕太郎
"深層学習を用いたエディントンテンソルの推定：一般相対論的輻射磁気流体力学計算の高精度・高速化" 上野航介
2023年度
"一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションによる超臨界低角運動量降着流の研究" 島田悠愛
"一様媒質中での散乱光子が作る輻射強度分布の解析解" 竹田麟太郎
"コンプトン散乱を考慮した一般相対論的偏光X線輻射輸送計算コードの開発～ブラックホール周辺構造の解明に向けて～" 竹林晃大
2022年度
"一般相対論的輻射輸送計算による歳差運動する低光度降着円盤の輻射スペクトルの特性" 人見拓也
"一般相対論的輻射磁気流体力学計算による亜臨界降着円盤の内縁構造とブラックホールスピンの研究" 大野翔大
"ラインフォース駆動型円盤風の噴出によるブラックホール降着円盤の時間変化の研究" 植松正揮
2021年度
"Hoyle-Lyttleton accretion on to black hole accretion disks with super-Eddington luminosity for dusty gas" 尾形絵梨花
"超臨界ブラックホール降着流におけるライマンアルファ輝線の輻射力の計算" 武者野拓也
2020年度
"一般相対論的輻射輸送・輻射磁気流体力学計算による超臨界中性子星降着流の構造の解明" 井上壮大
"一般相対論的輻射磁気流体シミュレーションによるカー・ブラックホール周りの超臨界降着円盤の解明" 内海碧人
"Ray-tracing法に基づく一般相対論的輻射輸送コードの開発" 高橋幹弥
2019年度
"Dusty-gasの輻射重力源へのHoyle-Lyttleton降着; 細谷亮太朗

卒業論文

2024年度
"機械学習による輻射スペクトルからのブラックホール物理量の推定" 松藤勇希
"一般相対論的輻射磁気流体力学計算による超臨界低角運動量ブラックホール降着流の研究:スリム円盤モデルとの比較" 中尾颯吾
"一般相対論的輻射輸送計算を用いたブラックホール降着円盤と相対論的ジェットが作り出す偏光X線の研究" 小嶺龍生
2023年度
"Physics-informed Neural Networksを活用したガスと輻射の相互作用の計算" 波多野智
2022年度
"機械学習を用いたエディントンテンソルの推定について" 上野航介
"数値流体シミュレーションによるラインフォース駆動型円盤風の研究" 黒田裕太郎
2021年度
"突発的超臨界降着現象の研究" 島田悠愛
"特殊相対性理論的光子拡散の研究" 竹田麟太郎
"コンプトン散乱を考慮した偏光X線の輻射輸送計算" 竹林晃大
2020年度
"一般相対論的輻射輸送計算によるブラックホールへ落下するガスの放射特性の研究" 人見拓也
2018年度
"中性子星への超臨界降着柱モデルによる超高光度X線源のX線パルスの計算" 井上壮大
"円盤風の噴出による降着円盤の構造の変化" 荻野圭那子