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Position |
Professor |
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Research Field |
Natural Science / Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics |
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External Link |
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Graduating School 【 display / non-display 】
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Kyoto University Faculty of Science Graduated
- 1992.3
Graduate School 【 display / non-display 】
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Kyoto University Graduate School, Division of Natural Science Doctor's Course Completed
- 1997.3
Campus Career 【 display / non-display 】
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KONAN UNIVERSITY Graduate School of Natural Science (Masters Degree Program) 研究科長
2023.4
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KONAN UNIVERSITY Faculty of Science and Engineering Faculty of Science and Engineering Department of Physics Professor
2012.4
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KONAN UNIVERSITY Faculty of Science and Engineering Faculty of Science and Engineering Department of Physics Associate Professor
2007.4 - 2011.3
External Career 【 display / non-display 】
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立教大学理学部
2005.4 - 2007.3
Country：Japan
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立教大学理学部
2002.4 - 2005.3
Country：Japan
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筑波大学第一学群物理学系
2000.4 - 2002.3
Country：Japan
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学振
1997.4 - 2000.3
Country：Japan
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学振
1994.4 - 1997.3
Country：Japan
Research Career 【 display / non-display 】
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Formation of stars/galaxies in the eraly universe
Project Year： 1997.4 -
Papers 【 display / non-display 】
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Amplification and Saturation of Turbulent Magnetic Fields in Collapsing Primordial Gas Clouds International coauthorship
Higashi, Sho, Susa, Hajime, Federrath, Christoph, Chiaki, Gen
The Astrophysical Journal 2024.2
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 2023.6
Publisher：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.Other Link： https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acd1e0/pdf
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Saturation Level of Turbulence in Collapsing Gas Clouds Reviewed
Sho Higashi, Hajime Susa, Gen Chiaki
The Astrophysical Journal 940 ( 1 ) 1 - 10 2022.11
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Amplification of Turbulence in Contracting Prestellar Cores in Primordial Minihalos Reviewed
Sho Higashi, Hajime Susa, Gen Chiaki
The Astrophysical Journal 915 ( 2 ) 107 - 107 2021.7
Publisher：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.Other Link： 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 Reviewed
Hajime Susa
The Astrophysical Journal 877 ( 2 ) 99 2019.6
Books and Other Publications 【 display / non-display 】
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Basics of Radiation-Magneto-Hydrodynamics simulation
（ Role： Contributor）
2024.1 （ 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（ Role： Joint author , chapter 4）
World Scientific 2018.5 （ ISBN:978-981-4656-19-1 ）
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General Physics(jointly worked)
Humitaka Sato, Hajime Susa（ Role： Joint author）
Shokabo 2010.8 （ 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 （ ISBN:9780735407848 ）
Review Papers (Misc) 【 display / non-display 】
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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 2014.3
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TOURS SYMPOSIUM ON NUCLEAR PHYSICS AND ASTROPHYSICS-VII
American Institute of Physics Conference Series 2010.6
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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 2004.11
Authorship：Lead author Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (international conference proceedings) Publisher：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 2003.12
Authorship：Lead author Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (international conference proceedings) Publisher：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 2003.2
Authorship：Lead author Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (international conference proceedings) Publisher：日本天文学会
Presentations 【 display / non-display 】
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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) 2023.3 日本天文学会
Event date： 2023.3
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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) 2022.3 日本天文学会
Event date： 2022.3
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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) 2022.3 日本天文学会
Event date： 2022.3
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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) 2021.9 日本天文学会
Event date： 2021.9
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Number of population III stars per minihalo
Hajime Susa
First Stars VI (Chile, Concepcion)
Event date： 2020.3
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).
Academic Awards Received 【 display / non-display 】
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日本情報処理学会論文賞
1111.11 日本情報処理学会
須佐元
Grant-in-Aid for Scientific Research 【 display / non-display 】
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Realistic modeling of first star cluster formation
2022.4 - 2025.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
Authorship：Principal investigator
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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
2017.4
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(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
2017.4
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(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
2013.4 - 2016.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(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。
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初期天体の輻射による宇宙論的種磁場形成の研究
2010.4
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
本研究では宇宙初期に生まれる明るい天体によって作られる種磁場の強度を調べ、その宇宙論的意義を明らかにすることを目的とする。宇宙の磁場は様々なスケールで確認されており、その起源については諸説がある。そのうち、輻射の異方性に起因する生成メカニズムについてはこれまで深く調べられてこなかった。特に初代星やクエーサーといった明るい天体は比較的強い磁場を作ると考えられる。この研究では現実的な物質分布を用いて輻射流体計算を行い、明るい初期天体からの放射がどの程度異方性を持つか調べ、その結果生まれる種磁場の大きさを見積もる。また輻射以外の生成プロセスも併せて考慮し、現実的にどの程度の磁場が生成されるのかを計算する。
また初期宇宙で生成される磁場は、初期宇宙の星形成プロセスに大きな影響を与えうる。求められた磁場の強度が星形成に影響を与えるかどうかは磁場と始原ガスとのカップリングの程度に強く依存する。初期宇宙の星形成の宇宙論的意義を考えると、この点も詳細に調べるべきであり、これも併せて研究していく。
Other External funds procured 【 display / non-display 】
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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
2008.4 - 2010.3
その他財団等 稲盛財団研究助成金
Committee Memberships 【 display / non-display 】
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2019 - 2023 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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2014.3 - 2017.5 日本天文学会 年会監事/理事
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2013.12 - 2014.11 理論天文学宇宙物理学懇談会 運営委員長
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2012.4 - 2014.3 国立天文台 理論専門委員会 委員長
Social Activities 【 display / non-display 】
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甲南大学春季公開講座2018
2018.6
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芦屋市サイエンス講座
2017.10 - 2017.12
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
2017.7
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
2016.7
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
2014.3
和歌山県の桐蔭高校に2014年から出向している。
Media Coverage 【 display / non-display 】
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テレビ出演 TV or radio program
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」 2016.2