須佐 元 (スサ ハジメ)
SUSA Hajime
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職名 |
教授 |
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学位 |
博士（理学）(京都大学), 修士（理学） (京都大学) |
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専門分野 |
宇宙物理、数値流体、輻射流体 |
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外部リンク |
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学内職務経歴 【 表示 ／ 非表示 】
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甲南大学 自然科学研究科 研究科長
2023年4月 - 現在
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甲南大学 理工学部 物理学科 教授
2012年4月 - 現在
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甲南大学 理工学部 物理学科 准教授
2007年4月 - 2011年3月
学外略歴 【 表示 ／ 非表示 】
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立教大学理学部
2005年4月 - 2007年3月
国名：日本国
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立教大学理学部
2002年4月 - 2005年3月
国名：日本国
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筑波大学第一学群物理学系
2000年4月 - 2002年3月
国名：日本国
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学振
1997年4月 - 2000年3月
国名：日本国
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学振
1994年4月 - 1997年3月
国名：日本国
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Amplification and Saturation of Turbulent Magnetic Fields in Collapsing Primordial Gas Clouds 国際共著
Higashi, Sho, Susa, Hajime, Federrath, Christoph, Chiaki, Gen
The Astrophysical Journal 2024年2月
Recent numerical studies suggest that magnetic fields play an important role in primordial star formation in the early Universe. However, the detailed evolution of the magnetic field in the collapse phase still has uncertainties because of the complicated physics associated with turbulence in a collapsing magnetized system. Here, we perform a suite of numerical MHD simulations that follow the collapse of magnetized, turbulent primordial gas clouds to investigate the evolution of the magnetic field associated with the turbulence, assuming a polytropic equation of state with exponent γ <SUB>eff</SUB> and with various numerical resolutions. In addition, we generalize the analytic theory of magnetic field growth/saturation so that it can deal with various exponents γ <SUB>eff</SUB> and turbulence energy spectra. We find that the numerical results are well reproduced by the theory for various γ <SUB>eff</SUB> through the collapse phase during the formation of the first stars. The magnetic field is eventually amplified by a factor of 10<SUP>12</SUP>–10<SUP>15</SUP> due to kinematic and nonlinear turbulent dynamo effects and reaches 3%–100% of the equipartition level, depending on γ <SUB>eff</SUB>. We also find that the transition between the kinematic and nonlinear stages can be analytically estimated. These results indicate that the strong magnetic field accompanied by supersonic turbulence is a general property and suggest that it can play a crucial role in the formation of the first stars....
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Merger Conditions of Population III Protostar Binaries
Takanobu Kirihara, Hajime Susa, Takashi Hosokawa, Tomoya Kinugawa
The Astrophysical Journal 950 ( 2 ) 188 - 188 2023年6月
出版者・発行元：American Astronomical Society
Abstract
Massive close binary stars with extremely small separations have been observed, and they are possible progenitors of gravitational-wave sources. The evolution of massive binaries in the protostellar accretion stage is key to understanding their formation process. We, therefore, investigate how close the protostars, consisting of a high-density core and a vast low-density envelope, can approach each other but not coalesce. To investigate the coalescence conditions, we conduct smoothed particle hydrodynamics simulations following the evolution of equal-mass binaries with different initial separations. Since Population (Pop) I and III protostars have similar interior structures, we adopt a specific Pop III model with the mass and radius of 7.75 M<sub>⊙</sub> and 61.1 R<sub>⊙</sub> obtained by the stellar evolution calculations. Our results show that the binary separation decreases due to the transport of the orbital angular momentum to spin angular momentum. If the initial separation is less than about 80% of the sum of the protostellar radius, the binary coalesces in a time shorter than the tidal lock timescale. The mass loss up to the merging is ≲3%. After coalescence, the star rotates rapidly, and its interior structure is independent of the initial separation. We conclude that there must be some orbital shrinking mechanism after the protostars contract to enter the zero-age main-sequence stage.その他リンク： https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acd1e0/pdf
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Saturation Level of Turbulence in Collapsing Gas Clouds 査読あり
Sho Higashi, Hajime Susa, Gen Chiaki
The Astrophysical Journal 940 ( 1 ) 1 - 10 2022年11月
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Amplification of Turbulence in Contracting Prestellar Cores in Primordial Minihalos 査読あり
Sho Higashi, Hajime Susa, Gen Chiaki
The Astrophysical Journal 915 ( 2 ) 107 - 107 2021年7月
出版者・発行元：American Astronomical Society
We investigate the amplification of turbulence through gravitational
contraction of the primordial gas in minihalos. We perform numerical
simulations to follow the cloud collapse, assuming polytropic equations of
state for different initial turbulent Mach numbers and resolutions. We find
that the turbulent velocity is amplified solely by gravitational contraction,
and eventually becomes comparable to the sound speed, even for small initial
turbulent Mach numbers (${\cal M}_0 \gtrsim 0.05$). We derive an analytic
formula for the amplification of turbulent velocity in a collapsing cloud, and
find that our numerical results are consistent with the formula. These results
suggest that the turbulence can play an important role in collapsing clouds for
general cases.その他リンク： https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac01c7/pdf
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Merge or Survive: Number of Population III Stars per Minihalo 査読あり
Hajime Susa
The Astrophysical Journal 877 ( 2 ) 99 2019年6月
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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輻射電磁流体シミュレーションの基礎
松本, 倫明, 大須賀, 健, 須佐, 元（ 担当： 分担執筆）
日本評論社 2024年1月 （ ISBN:9784535603448 ）
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The Encyclopedia of Cosmology Volume 2: Numerical Simulations in Cosmology
K.Nagamine, A.Klypin,K.Dolag,H.Susa,V.Bromm,I,Shlosman,G.L.Bryan,D.Nagai（ 担当： 共著 , 範囲: chapter 4）
World Scientific 2018年5月 （ ISBN:978-981-4656-19-1 ）
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一般物理学（共著）
佐藤文隆, 須佐元（ 担当： 共著）
裳華房 2010年8月 （ ISBN:978-4-7853-2827-6 ）
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Tours symposium on nuclear physics and astrophysics-VII : Kobe, Japan 16-20 November 2009
Tours Symposium on Nuclear Physics, 須佐 元, 宇都宮 弘章, Arnould Marcel, Galès Sydney, 本林 透, Scheidenberger Christoph
American Institute of Physics 2010年 （ ISBN:9780735407848 ）
総説・解説記事（Misc） 【 表示 ／ 非表示 】
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パルスレーザー励起非平衡材料プロセスがもたらす階層構造形成 : 超新星爆発とのアナロジー (光・量子デバイス研究会・レーザマイクロ・ナノプロセシング)
梅津 郁朗, 冨永 望, 須佐 元, 秋宗 秀俊
電気学会研究会資料. OQD = The papers of technical meeting on optical and quantum devices, IEE Japan 2014 ( 5 ) 41 - 46 2014年3月
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TOURS SYMPOSIUM ON NUCLEAR PHYSICS AND ASTROPHYSICS-VII
須佐 元
American Institute of Physics Conference Series 2010年6月
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星ふる里の麓にて - 銀河形成理論次の10年 -
須佐 元
天文月報 97 ( 7 ) 425 2004年11月
担当区分：筆頭著者 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（国際会議プロシーディングズ） 出版者・発行元：日本天文学会
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宇宙物理における輻射輸送問題
須佐 元
天文月報 96 ( 12 ) 642 2003年12月
担当区分：筆頭著者 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（国際会議プロシーディングズ） 出版者・発行元：日本天文学会
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銀河形成における背景紫外輻射場の役割
須佐 元
天文月報 96 ( 2 ) 77 2003年2月
担当区分：筆頭著者 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（国際会議プロシーディングズ） 出版者・発行元：日本天文学会
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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種族III原始星星周円盤分裂と状態方程式の硬さについて
須佐 元(甲南大学)
日本天文学会2023年春季年会 (立教大学) 2023年3月 日本天文学会
開催年月日： 2023年3月
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収縮する始原ガスコアで増幅された乱流の飽和と散逸
東 翔(甲南大学), 須佐 元(甲南大学), 千秋 元(東北大学)
日本天文学会2022年春季年会 (広島大学) 2022年3月 日本天文学会
開催年月日： 2022年3月
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初代星原始星連星の合体機構
桐原 崇亘(甲南大学), 須佐 元 (甲南大学), 細川隆史 (京都大学)
日本天文学会2022年春季年会 (広島大学) 2022年3月 日本天文学会
開催年月日： 2022年3月
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収縮する始原ガスコアで増幅された乱流の飽和と散逸
東翔（甲南大学）, 須佐 元(甲南大学), 千秋 元(東北大学)
日本天文学会2021年秋季年会 (京都産業大学) 2021年9月 日本天文学会
開催年月日： 2021年9月
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Number of population III stars per minihalo
Hajime Susa
First Stars VI (Chile, Concepcion)
開催年月日： 2020年3月
The numerical studies on the mass accretion phase of pop. III star formation in the last decade suggest that they could be < 1 M⊙ because of the disk fragmentation. In fact, those stars are formed as a member of a multiple system in a minihalo. In order to investigate the fragmentation process in detail, we perform a set of numerical simulations on the collapse of the gas in the minihalo. We find that the average number of stars is roughly proportional to t^0.3, where t is the elapsed time since the formation of the first protostar. In this talk I will show the latest results on this issue in which the elapsed time is much longer than the previous calculation (Susa 2019, ApJ 877:99).
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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ブラックホール連星形成過程の理論的研究
2017年6月 - 現在
学術振興機構 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
2015年9月以降に発見されたブラックホール連星からの重力波は、重力波そのものの重要性だけでなく、なぜこのような大質量のブラックホール連星が多く存在するのかという疑問を引き起こした。この研究はこのようなブラックホール連星が誕生する道筋を宇宙物理学的に解明しようとするものである。
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超金属欠乏星の観測と大規模シミュレーションによる銀河初代星の起源の解明
2017年4月 - 現在
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
宇宙初期に生まれた星はどのような過程で形成されたのか、それらは現在銀河系のどこにどれだけ残存しているのか。本研究は、これら古い星の探査観測を実行し、宇宙初期の星形成史、さらには階層的合体による銀河形成史を解明することを目的とする。そこで、銀河系にある恒星系から初代星としての超金属欠乏星候補を選択的に抽出するために、これらの星に特徴的な波長帯に合わせた狭帯域フィルターを製作し、すばる望遠鏡超広視野カメラHSC に装着して、銀河古成分恒星系（バルジ、ハロー、矮小銀河）の系統的な測光観測を実施する。そして、この観測によって得られる超金属欠乏星の統計解析を行い、初代星の形成理論と銀河形成論に基づいた大規模理論シミュレーション結果と比較検討することにより、銀河初期の星形成史を解明する。
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極初期宇宙における星形成の研究
2017年4月 - 現在
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
初期宇宙における星形成活動を理解することは現在の宇宙物理学において中心的テーマの一つである。今世紀に入って最初期の星形成については多くの理論的進展があったが, １）降着円盤の分裂による小質量初代星の形成 ２）乱流によって増幅された磁場中での初代星形成 ３）第二世代の星形成 という問題がフロンティアとして残っている。これらはそれぞれ天文学的に重要な意味をもつ。１）は観測可能な初代星が存在するかもしれないことを意味し, ２）は初代星形成のパラダイムを根本的にシフトさせる可能性がある。３）は初期宇宙の星形成活動の「本体」というべきプロセスである。本研究ではこれら三点について数値シミュレーションの手法を用いて詳細に調べることを目的とする。
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輻射流体計算による初代星形成の研究
2013年4月 - 2016年3月
学術振興機構 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
宇宙で最初に生まれた星々（初代星）の誕生の様子を輻射と流体の効果を取り入れた数値シミュレーションによって調べた。その結果、初代星の質量は1-300倍の太陽質量の範囲に分布し、ピークは数十太陽質量程度であることが分かった。またいくつかの小質量星は多体の相互作用によってミニハローの外側に飛ばされ、結果として質量降着が進まずに軽いままであることがわかった。現在まで生き残ることができる0.8太陽質量 よりも軽い星が生まれたとすると、観測的にはミニハローあたり1個程度以上は生まれてはいけないという制限があることが明らかとなった。
科研費以外の競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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極紫外線背景輻射場中での円盤銀河の星形成活動について
2008年4月 - 2010年3月
その他財団等 稲盛財団研究助成金
研究費にかかる研究（調査）活動報告書 【 表示 ／ 非表示 】
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2023年度 初代星星団形成の現実的モデル化
研究費の種類： 科研費
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2022年度 初代星星団形成の現実的モデル化
研究費の種類： 科研費
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2021年度 初代星の形成・ブラックホール連星の前駆体としての初代星連星の形成
研究費の種類： 科研費
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2020年度 初代星の形成・ブラックホール連星の前駆体としての初代星連星の形成
研究費の種類： 科研費
その他教育活動及び特記事項 【 表示 ／ 非表示 】
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2016年10月-現在
Educreationによる予習復習の為のビデオ配信
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2007年4月-現在
教科のテキストをWEB公開
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2007年4月-現在
講義資料をMykonanにアップロード
ティーチングポートフォリオ 【 表示 ／ 非表示 】
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2019年度
教育の責任（何をやっているか：主たる担当科目）：
ワークショップIa,IIa,IIIa,IVa,Ib,IIb,IIIb,IVb（1~4年次配当、半期1単位）、基礎物理学実験（1年次配当、1単位）、数理物理学（3年次配当、2単位）、量子力学II（3年次配当、2単位）、計算物理ワークショップ（3年次配当、2単位）、宇宙物理学（3・4年次配当、隔年、2単位）、宇宙理学リサーチ（3年次配当、4単位）、物理学卒業研究（4年次配当、8単位）
教育の理念（なぜやっているか：教育目標）：
あらゆる自然現象の基本となる物理法則を理解し、その論理性を応用することによって将来広く社会に貢献できる学生の養成をめざす。また社会で活躍するための総合力を実験、実習、演習を通して養成する。
教育の方法（どのようにやっているか：教育の工夫）：
授業科目の内容や到達目標等をシラバスに記載し、授業を実施している。ワークショプ科目に関しては、考える力や洞察力を涵養するために、アクティブ・ラーニングを積極的に活用している。量子力学IIにおいては各授業内容のダイジェストをビデオ配信することにより、予習復習に役立てている。計算物理ワークショップに関しては授業資料をWEBで配信し、インタラクティブな授業において活用されている。宇宙物理学においては圧縮発火実験を教卓で行い、物理現象の直感的理解の助けとしている。
また講義科目（量子力学II、数理物理学、宇宙物理学）においては必ず中間試験を実施することによって中だるみを防ぎ、学習意欲を保つようにしている。また毎回の授業において、自分の手を動かす演習を挟むことにより、理解の助けとしている。教育方法の評価・学習の成果（どうだったか：結果と評価）：
教育方法の評価については、授業改善アンケートを参考にして毎年授業方法の改善を図っている。アンケートではどの科目もおよそ学部のアベレージと同程度であった。ビデオ配信に関しては復習に役立ったという感想が多かった。成績に関してビデオ配信との因果関係は不明である。「卒業研究」では、中間と最後に発表会を行い学修の成果を確認している。概ね卒業研究は良い成果を出していると思われる。また、学科内で教員による授業参観を行い教育方法の改善を図っている。
改善点・今後の目標（これからどうするか）：
授業評価アンケートや、Educreationsのview数からある程度その期の授業の評価が見えるが、各手法との直接の因果関係はそれほど明らかではない。今後授業方法の評価に関して研究の余地がある。
根拠資料（資料の種類などの名称）：
甲南大学理工学部物理学科（学士課程）における教育基本方針および教育課程編成・実施の方針、シラバス、授業改善アンケート、計算物理ワークショップホームページ(Mykonan参照)、Educreations上の量子力学IIのクラスページ（MyKonan参照）
所属学協会等の委員歴 【 表示 ／ 非表示 】
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2019年 - 2023年 日本天文学会 日本天文学会代議員推薦委員会委員（2021年から委員長）
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2014年3月 - 2017年5月 日本天文学会 年会監事/理事
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2013年12月 - 2014年11月 理論天文学宇宙物理学懇談会 運営委員長
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2012年4月 - 2014年3月 国立天文台 理論専門委員会 委員長
社会貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】
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甲南大学春季公開講座2018
2018年6月
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芦屋市サイエンス講座
2017年10月 - 2017年12月
宇宙物理学入門として約60名の市民に90分×3回の講義。
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NHK文化センター（町田）で公開講義
2017年7月
シリーズ講座「最新の宇宙研究で迫る３つの謎」で第3回目を担当した。
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開智オープンスクール
2016年7月 - 現在
和歌山県開智高校に年1回出校している。
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桐蔭総合大学
2014年3月 - 現在
和歌山県の桐蔭高校に2014年から出向している。
メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】
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テレビ出演 テレビ・ラジオ番組
NHK NHK BSプレミアム コズミックフロント☆NEXT「発見！？宇宙最初の星 ファーストスター」 2016年2月
学内活動 【 表示 ／ 非表示 】
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2017年4月-2018年3月
FD委員会 (全学委員会)
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2015年4月-2022年3月
図書館商議委員 (全学委員会)
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2012年4月-2015年3月
FD委員会企画運営分科会長 (全学委員会)
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2012年4月-2013年3月
将来計画委員 (専攻内委員会)
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2011年4月-2015年3月
FD委員 (全学委員会)