重力波の源は、今回観測された２つのブラックホールの合体や、２つの中性子星の合体です。重力波の研究には、観測・実験が必要なのはもちろんですが、実は理論研究と数値計算研究の協働が欠かせません。重力波を観測するためには、その波形をあらかじめ正確に予測しておく必要があるからです。

重力波の波形を予測するためには、一般相対性理論の基礎方程式であるアインシュタイン方程式や、流体力学方程式、輻射輸送方程式を、スーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーションによって正確に解くことが求められます。

ポスト「京」重点課題9「宇宙の基本法則と進化の解明」の主要なテーマの１つに、重力波に関するものがあります。中性子星やブラックホールが合体する現象を大規模シミュレーションにより解き明かし、合体時に発生する重力波および電磁波に対する理論的予測を与えて、重力波の観測効率を向上させます。それにより「重力波天文学」の発展に貢献していきます。

柴田 大・京都大学基礎物理学研究所教授
2016年2月12日

核変換とは、原子核を別種の原子核に変えることです。核変換には放射性廃棄物処理を始めとして、様々な応用が考えられますが、核変換をどのような方法で実現できるかは研究途上です。
研究を進めるには、まず核変換を起こす反応を理解することが重要で、そのためには反応前後の原子核の量子状態を明らかにする必要があります。東京大学大学院理学系研究科特任助教の富樫智章さんは、モンテカルロ殻模型という方法によって、まだだれもやったことのない、核変換前後の原子核の量子構造を大規模シミュレーションで解明する研究に挑んでいます。

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1916年、ドイツの天体物理学者カール・シュバルツシルトは、アインシュタインの一般相対性理論の方程式から、世界で初めて「ブラックホール」という天体の存在を導き出しました。
その後、電波や赤外線、可視光線、X線などさまざまな波長の光を使って宇宙を観測できるようになったことで、ほとんどすべての銀河の中心には、非常に強い重力であらゆるものを吸い込みながら成長するブラックホールが実在することが示されています。

「ブラックホールを理解することは、銀河、ひいては宇宙の成り立ちを理解することにつながります。そのため、数多くの天文学者がブラックホールに注目しているのです。ブラックホールというと、子どもの頃は得体の知れないものと思っていましたが、学生時代、ブラックホールを間接的にではあっても実際に観測できることを知り、この道に進むことを決めました」と話すのは国立天文台天文シミュレーションプロジェクトの川島朋尚特任研究員です。

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原子核は陽子や中性子で構成されており、電磁気力だけを考えると陽子同士の斥力で一塊にはなりません。それをつなぎとめているのが「核力」です。核力は長い間正体がわかっていませんでしたが、スーパーコンピュータを使った大規模シミュレーション「格子QCD」で、解明の糸口が見えてきました。
京都大学の青木愼也教授、理化学研究所の初田哲男主任研究員、大阪大学の石井理修准教授らは、素粒子物理学、原子核物理学、計算科学の知恵を持ち寄り、「核力とは何か」という難題に取り組んでいます。大規模シミュレーションにより初めて核力を示した研究成果は、2012年度仁科記念賞を受賞するなど高い評価を得ています。
この研究は、計算科学による素核宇宙連携を行う計算基礎科学連携拠点（JICFuS）設立の大きなきっかけともなりました。文部科学省HPCI戦略プログラム分野5「物質と宇宙の起源と構造」、ポスト「京」重点課題9「宇宙の基本法則と進化の解明」において、様々な分野融合的研究が実施されています。

※QCDはカードゲームになっています。核力が支配する世界の一端をお楽しみください。
量子色力学カードゲーム『クォーク・カード・ディーラー（QCD）』

撮影協力：
京都大学基礎物理学研究所
京都大学旧演習林事務室
理化学研究所仁科加速器研究センター
理化学研究所計算科学研究機構
高エネルギー加速器研究機構
筑波大学計算科学研究センター

音楽：「convergence」吉岡亜由美
演出・製作：樋口喜昭、南口雄一

市民講演会の事前登録を締め切りました。当日受付可能です（11/6）
国際シンポジウム 一般講演の申込期限を9/25まで延長します（9/18追記）

本シンポジウムは、文部科学省HPCI戦略プログラム分野5「物質と宇宙の起源と構造」（平成23～27年度）の最終報告会です。
我々は、10ペタフロップスのスーパーコンピュータ「京」を最大限に活用して数々の研究成果をあげてきました。大規模数値シミュレーションによって明らかになった素粒子物理学、原子核物理学、宇宙物理学における最新のトピックについて説明します。また、素粒子・原子核・宇宙分野連携の今後を見据えた議論も行います。
会期中の11月7日（土）には、素粒子・原子核・宇宙の世界に触れていただく市民講演会を開催します。

国際シンポジウム（英語）

日時：

2015年11月4日（水）～8日（日）

場所：

奈良春日野国際フォーラム 甍～I・RA・KA～

主催：

HPCI戦略プログラム分野5「物質と宇宙の起源と構造」

参加：

下記ウエブから要事前申込。締切10月15日（木）

一般講演申込。締切9月25日（金）

web：

http://www.jicfus.jp/en/qucs2015/

市民講演会 「計算」から見える素粒子・原子核・宇宙の世界（日本語）

日時：

2015年11月7日（土）15:00～17:00

場所：

奈良春日野国際フォーラム 甍～I・RA・KA～ 能楽ホール（1階）

主催：

計算基礎科学連携拠点
HPCI戦略プログラム分野5「物質と宇宙の起源と構造」

後援：

ポスト「京」重点課題9

参加：

無料　当日受付可
参加者にはもれなくクォークカードを進呈→

問合：

お電話：筑波大学計算科学研究センター広報室 029-853-6260
お問合せフォーム：http://www.jicfus.jp/jp/contact/

講演者と講演要旨

橋本幸士　大阪大学大学院理学研究科教授

1973年生まれ。京都大学大学院にて理学博士取得。東京大学大学院総合文化研究科、理化学研究所を経て、2012年から大阪大学大学院理学研究科。
主な著書：『超ひも理論をパパに習ってみた』講談社サイエンティフィク（2015年）、『Dブレーン』東京大学出版会（2006年）

＜異次元の計算と素粒子クォーク＞

クォークと呼ばれる素粒子は、私たちの体を構成する陽子や中性子を作っています。しかし、クォークの方程式を解いた人は、まだ世界に誰もいないのです。スーパーコンピュータでクォークの方程式を解かせるべく研究者の大きな努力がある一方で、コンピュータを使わずに紙と鉛筆でクォークの方程式を解いてやろうという野心的な試みも行われています。その試みは、なんと、異次元空間を用いるのです。異次元空間の考え方は、物質と力を統一する究極理論と期待されている「超ひも理論」から登場しました。この講演では、異次元空間の考え方がクォークの方程式にどのように活かされるのかを、超ひも理論をまじえて、お伝えします。

初田哲男　理化学研究所仁科加速器研究センター主任研究員

1958年生まれ。京都大学大学院にて理学博士取得。欧州合同原子核研究機関（CERN）、ワシントン大学物理学科、筑波大学物理学系、京都大学大学院理学研究科、東京大学大学院理学系研究科を経て、2012年から理化学研究所。
主な著書：『Quark-Gluon Plasma』ケンブリッジ大学出版会（2008年）

＜クォークから中性子星へ＞

極微の素粒子クォークが集まって、原子核や原子、さらには中性子星のような天体が生まれる過程について、スーパーコンピュータを駆使してわかった最新の成果を解説します。

吉田 直紀　東京大学大学院理学系研究科教授

1973年生まれ。ミュンヘン大学大学院にて博士（天文学）取得。名古屋大学大学院理学研究科を経て、東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構、東京大学大学院理学系研究科（兼任）。

＜ファーストスターと超巨大ブラックホールの謎＞

最近の大型望遠鏡や衛星を用いた深宇宙観測により、遠方の天体が次々と発見され、宇宙の構成要素や進化史について多くのことがわかってきました。これまでに観測された中で最も遠くにある銀河や巨大ブラックホールは、地球から130億光年以上も離れた場所にあり、宇宙創生から数億年という早期に誕生したと考えられています。宇宙で最初の天体は何か。いつ、どのように誕生したのか。最新の観測結果をもとに得られた宇宙像を紹介し、スーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーションで明らかになった宇宙最初の天体が誕生する様子を解説します。

HPCI戦略プログラム最終年度に実施するシンポジウム

HPCI戦略プログラムの5分野、および理研AICS、RISTが実施する7つのシンポジウムの詳細は、以下のウエブサイト、または理研AICSウエブサイト「HPCI戦略プログラム（戦略5分野）について」からご覧いただけます。

分野1

2015年10月20日～21日
Supercomputational Life Science 2015 ～分野1 予測する⽣命科学・医療および創薬基盤～

分野2

2015年12月7日～8日
第6回CMSI研究会　～分野2「新物質・エネルギー創成」最終成果報告会～

分野3

2016年1月28日
防災・減災に資する地球変動予測 最終成果報告会（仮）

分野4

2016年3月23日～24日
第6回HPCI戦略プログラム「分野4 次世代ものづくり」シンポジウム（最終成果報告会）

分野5

2015年11月4日～8日
Quarks to Universe in Computational Science (QUCS 2015)

AICS／RIST

2016年1月29日
第9回京コンピュータ・シンポジウム（仮）

RIST

2015年10月26日
第2回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題成果報告会

太陽表面に現れる「黒点」。周りより温度が低く、強い磁場に満たされた場所です。黒点の数は太陽の活動状況によって増えたり減ったりしており、それは11年の周期で繰り返されています。太陽の観測・研究が始まってすでに400年経ちますが、「どうして“11年”なのか」についてはわかっていません。千葉大学大学院理学研究科の堀田 英之（ほった・ひでゆき）特任助教は、この問題に独自のアイデアで挑み、スーパーコンピュータ「京」を使ったシミュレーションで新たな成果を上げています。

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たった1枚のグラフを描くために、スーパーコンピュータをもってしても1年かかる。そんな大変な研究を行う筑波大学計算科学研究センター研究員の滑川裕介（なめかわ・ゆうすけ）さん。「複雑な計算はしているけれど、素粒子の基本法則はシンプルです。論理的にたどっていけば、式は1つ。そこが面白いところです」と語ります。素粒子の一つである「チャームクォーク」に関する知られざる性質を明らかにしようと、日夜シミュレーション研究にいそしんでいます。

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太陽系には8つの惑星が存在しており、太陽系以外にも1000個を優に超える大量の系外惑星が発見されています。これらがどのように形成されたのか。東京工業大学地球生命研究所の小南淳子研究員は、スーパーコンピュータ「京」を使い、この壮大なテーマにチャレンジしています。
太陽系の惑星は3種類に分類されます。太陽に近い方から順に、硬い地面を持った小さな地球型惑星、ガスをまとった巨大な木星型惑星、そしてガスが比較的少ない氷型惑星です。系外惑星には、この分類に当てはまらないものも存在します。これら多様な惑星が、どのような物理的メカニズムで形成されたのか。数十万個の微惑星を使ったN体シミュレーションで解き明かします。

撮影協力：
東京工業大学地球生命研究所（ELSI）
一橋大学 台坂博

音楽：「Déco」吉岡亜由美
演出・製作：樋口喜昭、南口雄一

宇宙には、中性子星など「コンパクト星」と呼ばれる天体が存在していることがわかっています。これは、通常の恒星に比べて密度が異常に高く、同じ質量で比べた場合、非常に小さくコンパクトな天体のことです。例えば、中性子星の密度は太陽の10¹⁴（100兆）倍以上と言われています。
通常、物質を構成する要素である原子核の密度は一定で、これ以上圧縮することはできないというのが原子核物理学の鉄則です。それに対し、コンパクト星はこの鉄則を打ち破るものとして、発見以来、研究者の間で高い関心を集めています。現在のところ、コンパクト星がなぜ超高密度なのか、詳細なメカニズムはわかりません。メカニズムが解明されれば、宇宙の起源の解明に大きく寄与する可能性があるため、期待が高まっています。

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小学校に入る前から、図鑑を見ては「宇宙はどうなっているのだろう」と思いをめぐらせてきた国立天文台特任助教の高橋博之（たかはし・ひろゆき）さん。ブラックホールの研究をしないかと誘われた高橋さんは「ぜひやらせて下さい」と二つ返事で現在の研究チームに入りました。
高橋さんが取り組むのは、これまでの定説では理解できないほど急激に成長するブラックホールの様子。高橋さんが研究で明らかにしたブラックホールとはいったいどのようなものなのでしょうか。

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