相対論的輻射流体計算による重力崩壊型超新星爆発からの早期高エネルギー放射の解明

• Project/Area Number: 14J10618
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 鈴木 昭宏 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2015: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 輻射流体力学 / 放射輸送 / 衝撃波 / 超新星爆発 / ガンマ線バースト / 重力崩壊型超新星 / 輻射輸送 / 高エネルギー放射 / 突発天体 / 突発天体現象

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、これまでに行ってきた研究の成果を論文にまとめ発表することに注力した。成果は大きく分けて３つあり、1.超新星ショックブレイクアウトの２次元輻射流体シミュレーション、2.低光度ガンマ線バーストの光度曲線モデル、3.中心エンジン駆動超新星の多次元モデル、である。
まず、超新星ショックブレイクアウトとは、重力崩壊型超新星の最初期に付随する明るいUV/X線バーストである。この現象は大質量星の鉄コアが崩壊することで発生した衝撃波が星表面を突き抜けることで起こる。これまでの超新星ショックブレイクアウトに関する理論研究は球対称1次元を仮定したものがほとんどであったが、本研究により初めてショックブレイクアウト時の2次元シミュレーションが行われ、球対称モデルとの比較がなされた。その結果、多次元効果はショックブレイクアウト放射を暗く、長くする可能性があることが分かった。
また、低光度ガンマ線バーストは、ガンマ線バーストの中でも暗いものである。一つの有望なシナリオとして、厚い星周物質で囲まれた大質量星が爆発した際に、相対論的な速度で伝搬する衝撃波が星周物質からブレイクアウトすることでX線やガンマ線を放射するというものがある。このシナリオに基づいて、超新星エジェクタによって駆動され、星周物質中を伝搬する衝撃波の運動を記述する準解析的モデルを構築し、光度曲線を計算した。その結果、このモデルで知られている低光度ガンマ線バースト(GRB 060218)の光度変化がよく説明できることが分かった。
最後に、超高輝度超新星を説明するシナリオとして、何らかの中心エンジンが超新星エジェクタを明るく光らせるというものがある。このシナリオに関して、2次元の相対論的流体シミュレーションを行い、その結果、中心エンジンからのエネルギー注入による超新星エジェクタ内での物質混合が非常に重要な役割を果たす可能性を指摘した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hydrodynamical interaction of mildly relativistic ejecta with an ambient medium (2017)
  • Author(s): Akihiro Suzuki, Keiichi Maeda, Toshikazu Shigeyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 834 Issue: 1 Pages: 32-32
  • DOI: 10.3847/1538-4357/834/1/32
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Supernova ejecta with a relativistic wind from a central compact object: a unified picture for extraordinary supernovae (2017)
  • Author(s): Akihiro Suzuki, Keiichi Maeda
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 466 Issue: 3 Pages: 2633-2657
  • DOI: 10.1093/mnras/stw3259
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 2D Radiation-hydrodynamic Simulations of Supernova Shock Breakout in Bipolar Explosions of a Blue Supergiant Progenitor (2016)
  • Author(s): Akihiro Suzuki, Keiichi Maeda, Toshikazu Shigeyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 825 Issue: 2 Pages: 92-92
  • DOI: 10.3847/0004-637x/825/2/92
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Linear Growth of the Kelvin-Helmholtz Instability with an Adiabatic Cosmic-ray Gas (2014)
  • Author(s): Akihiro Suzuki, Hiroyuki R. Takahashi, Takahiro Kudoh
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 787 Issue: 2 Pages: 169-179
  • DOI: 10.1088/0004-637x/787/2/169
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dynamical Evolution of an Ultra-relativistic Fireball Colliding with a Freely Expanding Gas (2014)
  • Author(s): Akihiro Suzuki, Toshikazu Shigeyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 796 Issue: 1 Pages: 30-42
  • DOI: 10.1088/0004-637x/796/1/30
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 中心エンジンによって駆動される超新星の放射効率 (2017)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 2017年日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 超新星ショックブレイクアウト研究の現状 (2017)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 木曽広視野サーベイと京都3.8m即時分光によるタイムドメイン天文学の推進
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2017-02-20
• [Presentation] 中心エンジンからのエネルギー注入のある超新星エジェクタの進化 (2016)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 第29回理論天文学懇談会シンポジウム「重力が織りなす宇宙の諸階層」
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2016-12-20
• [Presentation] 中心天体からのエネルギー注入のある超新星エジェクタの2次元特殊相対論的流体シミュレーション (2016)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 2016年日本天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 2D radiation hydrodynamic simulations of supernova shock breakout (2016)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: Many riddles about core-collapse supernovae: 1Bethe and and beyond
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構国立天文台三鷹キャンパス
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 準相対論的な速度で自由膨張するエジェクタと星周物質との流体力学的相互作用 (2016)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 日本天文学会2016春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] 超新星shock breakoutの2次元輻射流体シミュレーション (2016)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 平成27年度天文シミュレーションプロジェクトユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 国立天文台水沢キャンパス
  • Year and Date: 2016-01-28
• [Presentation] Breakout Emission from an Ultra-relativisic Fireball Colliding with a Freely Expanding Gas (2015)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 6th Fermi symposium
  • Place of Presentation: Sheraton Pentagon City
  • Year and Date: 2015-11-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超新星shock breakoutの2次元輻射流体シミュレーション (2015)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 理論天文学研究会2015
  • Place of Presentation: 静岡県伊豆の国市,大仁ホテル
  • Year and Date: 2015-10-27
• [Presentation] 超新星shock breakoutの2次元輻射流体シミュレーション (2015)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 日本天文学会2015秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Successful/failed GRB jets and explosive nucleosynthesis (2015)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: GRB workshop 2015
  • Place of Presentation: 理化学研究所
  • Year and Date: 2015-08-31
• [Presentation] 低光度ガンマ線バーストの流体モデルと爆発的元素合成 (2015)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 日本天文学会2015年春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [Presentation] 低光度ガンマ線バーストのジェットモデルと爆発的元素合成 (2014)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 第27回理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立天文台三鷹キャンパス
  • Year and Date: 2014-12-24 – 2014-12-26
• [Presentation] Hydrodynamical models for low-luminosity GRBs and relativistic SNe (2014)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: Swift: 10 Years of Discovery
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2014-12-02 – 2014-12-05
• [Presentation] 低光度ガンマ線バーストのジェットモデルと濃い星周物質との相互作用 (2014)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 日本天文学会2014年秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Supernova shock breakout and related topics (2014)
  • Author(s): 鈴木昭宏
  • Organizer: 超新星・ガンマ線バースト研究会2014
  • Place of Presentation: 理化学研究所和光キャンパス
  • Year and Date: 2014-08-25 – 2014-08-27