Research of Tidal Disruption Events of Stars by Black Holes by Comparing Numerical Simulations and Observations

• Project/Area Number: 18J20547
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 川名 好史朗 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 超新星爆発 / シミュレーション / 原子核反応 / ブラックホール / 白色矮星 / 輻射輸送

Outline of Annual Research Achievements

本年度の主な研究成果としては2点が挙げられる。第一に、白色矮星が破壊される潮汐破壊現象における観測兆候の多様性をシミュレーションによって明らかにした点である。第二に、その観測兆候の理論モデルを実際に観測された天体と比較することで、白色矮星の潮汐破壊現象の候補天体を発見し、その天体の観測頻度からブラックホールの個数密度を求めたことである。白色矮星が破壊される潮汐破壊現象の特徴として、破壊される白色矮星が強い圧縮・加熱によって爆発的原子核反応を起こすという点がある。この際には原子核反応で生成された原子核の崩壊によって白色矮星の残骸から輻射が生じるが、その観測兆候はほとんど未解明だった。昨年度までにヘリウムを主として構成される白色矮星が破壊される場合の観測兆候の理論予言を求めたが、今年度はさらに白色矮星の質量が異なる4通りのパラメータセットに拡張した。それにより、白色矮星の潮汐破壊現象の多様性を明らかにした。本モデルは多様性を備えた理論モデルであるため、白色矮星の潮汐破壊現象に共通して見られる、既知の突発天体と区別できる固有の特徴を発見することに成功した。この特徴は最新・次世代の突発天体観測のデータから白色矮星の潮汐破壊現象を見つける上で有用な情報となる。また、求めた理論モデルを突発天体の観測データと比較して本理論予言と合致する天体を発見し、白色矮星の潮汐破壊現象の候補天体として報告した。さらに、候補天体の観測頻度から白色矮星の潮汐破壊現象の発生頻度を見積もった。この発生頻度は白色矮星を破壊する中間質量ブラックホールの個数密度と比例するので、続いて中間質量ブラックホールの個数密度の見積もりを与えた。中間質量ブラックホールの個数密度は非常に不確かなため、本研究により個数密度の見積もりを与えたことは大きな成果であり、大質量ブラックホールの形成・成長過程を知る上で重要な手がかりとなる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [Journal Article] Constraints on the Rate of Supernovae Lasting for More Than a Year from Subaru/Hyper Suprime-Cam (2021)
  • Author(s): Moriya Takashi J.、Jiang Ji-an、Yasuda Naoki、Kokubo Mitsuru、Kawana Kojiro、Maeda Keiichi、Pan Yen-Chen、Quimby Robert M.、Suzuki Nao、Takahashi Ichiro、Tanaka Masaomi、Tominaga Nozomu、Nomoto Ken’ichi、Cooke Jeff、Galbany Lluis、Gonzalez-Gaitan Santiago、Lee Chien-Hsiu、Pignata Giuliano
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 908 Issue: 2 Pages: 249-249
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abcfc0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapidly Evolving Transients from the Hyper Suprime-Cam SSP Transient Survey (2020)
  • Author(s): Tampo Yusuke、Tanaka Masaomi、Maeda Keiichi、Yasuda Naoki、Tominaga Nozomu、Jiang Ji-an、Moriya Takashi J.、Morokuma Tomoki、Suzuki Nao、Takahashi Ichiro、Kokubo Mitsuru、Kawana Kojiro
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 894 Issue: 1 Pages: 27-46
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7ccc
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid Transients Originating from Thermonuclear Explosions in Helium White Dwarf Tidal Disruption Events (2020)
  • Author(s): Kawana Kojiro、Maeda Keiichi、Yoshida Naoki、Tanikawa Ataru
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 890 Issue: 2 Pages: L26-L26
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab7209
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] HSC16aayt: A Slowly Evolving Interacting Transient Rising for More than 100 Days (2019)
  • Author(s): Moriya T. J., Tanaka M., Morokuma T., Pan Y.-C., Quimby R. M., Jiang J., Kawana K., Maeda K., Nomoto K., Suzuki Nao, Takahashi I., Tanaka M., Tominaga N., Yamaguchi M., Yasuda N., Cooke J., Curtin C., Galbany L., Gonzalez-G. S.、Lee C.-H.、Pignata G., Pritchard T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 882 Issue: 1 Pages: 70-81
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2f80
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Second Data Release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (2019)
  • Author(s): Aihara et al. (including C. Hikage)
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: 6 Pages: 114-114
  • DOI: 10.1093/pasj/psz103
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tidal Disruption of a White Dwarf by a Black Hole: The Diversity of Nucleosynthesis, Explosion Energy, and the Fate of Debris Streams (2018)
  • Author(s): Kawana Kojiro , Tanikawa Ataru , Yoshida Naoki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: - Issue: 3 Pages: 842-842
  • DOI: 10.1093/mnras/sty842
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候と、中間質量ブラックホールへの制限 (2021)
  • Author(s): 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候 (2020)
  • Author(s): 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • Organizer: 日本天文学会2020年秋季年会
• [Presentation] 白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候 (2020)
  • Author(s): 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • Organizer: 第33回 理論懇シンポジウム
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2020)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: Tidal Disruptions in Kyoto: Confronting Theory with Observations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2020)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: セミナー @ 理化学研究所 長瀧天体ビッグバン研究室
  • Invited
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: seminar @ Technion
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: High Energy Meeting @ The Hebrew University of Jerusalem
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: seminar @ Tel Aviv University
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: seminar @ Ben-Gurion University of the Negev
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候 (2019)
  • Author(s): 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: Workshop to bring together experts on High Energy Astrophysics from Japan and Israel
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: セミナー @ 国立天文台
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: 京都大学 APセミナー
• [Presentation] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: FOE19 Fifty-one Erg
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Searching for the fastest spinning single white dwarfs with Tomo-e Gozen (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Kazumi Kashiyama, Masataka Aizawa, Tomoyuki Tajiri, Hajime Kawahara, Ryou Ohsawa, Toshikazu Shigeyama, Shigeyuki Sako, the Tomo-e Gozen Project
  • Organizer: 木曽シュミットシンポジウム2019
• [Presentation] A Variety of Tidal Disruptions Events of a White Dwarf by a Black Hole (2019)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: 10th DTA symposium "Stellar deaths and their diversity"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tidal disruption events of stars by massive black holes (2019)
  • Author(s): 川名 好史朗, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • Organizer: 早稲田大学 理論宇宙物理学研究室 セミナー
  • Invited
• [Presentation] 高速で自転する白色矮星とTomo-e Gozenによる探査 (2018)
  • Author(s): 川名 好史朗, 樫山 和己, 逢澤 正嵩, 田尻 智之, 河原 創, 大澤 亮, 茂山 俊和, 酒向 重行, the Tomo-e Gozen Project
  • Organizer: 第31回 理論懇シンポジウム
• [Presentation] 高速で自転する白色矮星とTomo-e Gozen (2018)
  • Author(s): 川名 好史朗, 樫山 和己, 逢澤 正嵩, 河原 創, 大澤 亮, 酒向 重行, 田尻 智之
  • Organizer: 木曽シュミットシンポジウム2018
• [Presentation] Tidal Disruptions Events of a White Dwarf by a Black Hole (2018)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: RESCEU Summer School
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tidal Disruptions Events of a White Dwarf by a Black Hole (2018)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: Astrophysical Frontiers in the Next Decade and Beyond: Planets, Galaxies, Black Holes & the Transient Universe
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Variety of Tidal Disruptions Events of a WD by a BH (2018)
  • Author(s): Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • Organizer: Jet and Shock Breakouts in Cosmic Transients
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象 (2018)
  • Author(s): 川名 好史朗, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • Organizer: 京都大学 宇宙物理学教室 談話会