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超新星爆発時のニュートリノ相互作用が引き起こすニュートリノ振動の多次元効果の研究

Research Project

Project/Area Number 20J13631
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

財前 真理  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsニュートリノ振動 / 超新星爆発
Outline of Research at the Start

重力型超新星爆発は星が一生の最後に起こす現象であり、その中心部からは大量のニュートリノが放出される。このニュートリノは3種類に分けられ、特にそのうちの1つは超新星内部で他の物質と相互作用することで様々な効果をもたらす。地上で超新星ニュートリノを観測することができれば、どれだけの量のニュートリノが発生したかわかるためその理解に役立つ。しかしニュートリノは内部から抜け出てくる途中で異なる種類へと変化するニュートリノ振動という現象を引き起こすため、この振動効果を十分に理解することが超新星ニュートリノの理解への鍵となる。本研究ではニュートリノ振動を理解することで超新星爆発との関連性の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本課題は、超新星爆発内部において大量に解放されたニュートリノ同士の相互作用によって引き起こされるニュートリノ集団振動の振る舞いを数値的に解き明かすことを目標とした。
超新星爆発においてニュートリノは、フレーバーに依存する反応を通してその爆発機構や地上観測などに大きな役割を果たしている。そのため爆発シミュレーションはニュートリノの取り扱いに敏感であり、もし超新星内部でそのフレーバーが変換されるニュートリノ振動が起きるとそのダイナミクスや観測量に影響を与える可能性がある。
本年度はそのニュートリノ集団振動の中でも、ニュートリノの角度分布が原因で生じる高速フレーバー変換と呼ばれる振動効果に注目して研究を行った。これまでにも線形安定性解析を用いて超新星爆発内部においていつどこでどのような条件でこの振動効果が生じるのか研究が行われてきたが、そこでは非線形効果が考慮されていなかった。また考慮していたとしても一様空間分布を仮定し、時間進化のみ数値計算で扱った研究のみであった。
本研究では空間分布の時間進化をフーリエ空間上で考えることで、非線形効果を空間フーリエモードのカップリングとして取り扱うことに成功した。線形安定性解析から得られる予測では特定の空間モードのみが成長するとなっていたが、非線形効果を考慮することで時間進化に伴ってそこからその他のモードへと波及していく様子が明らかとなった。この振る舞いは空間分布を考慮せずに高速フレーバー変換の非線形効果を調べても得られない結果であり、時空間での進化計算の重要性を示したものとなっている。本成果は論文としてPhysical Review D にて発表した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] バージニア工科大学/サウスダコタ大学(米国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Nonlinear evolution of fast neutrino flavor conversion in the preshock region of core-collapse supernovae2021

    • Author(s)
      Zaizen Masamichi、Morinaga Taiki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 104 Issue: 8 Pages: 083035-083035

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.083035

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Three-flavor collective neutrino conversions with multi-azimuthal-angle instability in an electron-capture supernova model2021

    • Author(s)
      Zaizen Masamichi、Horiuchi Shunsaku、Takiwaki Tomoya、Kotake Kei、Yoshida Takashi、Umeda Hideyuki、Cherry John F.
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 103 Issue: 6 Pages: 063008-063008

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.063008

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超新星爆発におけるニュートリノ集団振動の非線形進化2021

    • Author(s)
      財前真理
    • Organizer
      令和3年度 国立天文台CfCAユーザーズミーティング
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ニュートリノ集団振動の非線形進化2021

    • Author(s)
      財前真理
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」第8回超新星ニュートリノ研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 超新星爆発におけるニュートリノ集団振動の非線形進化2021

    • Author(s)
      財前真理
    • Organizer
      第34回理論懇シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 超新星爆発の衝撃波前方でのニュートリノ集団振動2021

    • Author(s)
      財前真理
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」2021年領域研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of collective fast neutrino flavor conversion2021

    • Author(s)
      Masamichi Zaizen
    • Organizer
      Probe into core-collapse SuperNovae via Gravitational-Wave and neutrino signals (SNeGWv2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fast neutrino flavor conversion induced by the coherent backward scatterings in the core-collapse supernovae2021

    • Author(s)
      Masamichi Zaizen
    • Organizer
      17th International Conference on Topics in Astroparticles and Underground Physics (TAUP2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超新星爆発において軸対称性を破るニュートリノ集団振動2020

    • Author(s)
      財前真理
    • Organizer
      第33回 理論懇シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 非軸対称性が引き起こす超新星ニュートリノ集団振動2020

    • Author(s)
      財前真理
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」第7回超新星ニュートリノ研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 超新星爆発において非軸対称性が引き起こすニュートリノ集団振動2020

    • Author(s)
      財前真理
    • Organizer
      国立天文台 CfCAユーザーズミーティング
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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