| Project/Area Number |
20K03973
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中里 健一郎 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (80609347)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
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| Keywords | 超新星ニュートリノ / 重力崩壊型超新星爆発 / 原始中性子星冷却 / ブラックホール / 核物質状態方程式 / 超新星背景ニュートリノ / 原始中性子星 |
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| Outline of Research at the Start |
太陽の約10倍以上の質量を持つ恒星はその進化の最後に重力崩壊を起こし、中心部で原子核密度を超えると、核力の斥力芯によってバウンスし衝撃波を生じると同時に大量のニュートリノ（超新星ニュートリノ）を放出する。その結果として超新星爆発が起こると中性子星が形成されると考えられている。本研究課題では、これまであまり研究されてこなかった、数十秒にわたる長いスケールの時間変動に着目して、超新星ニュートリノのスペクトルを数値シミュレーションに基づき予測する。さらに、超新星中心部に存在する高密度核物質の性質（状態方程式）が放出されるニュートリノにどのような影響を与えるのか、系統的かつ包括的に明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、飽和密度以下の核物質の性質が、原始中性子星の冷却に伴うクラスト形成（非一様相の固化）とニュートリノ放射に与える影響について調べた。そのために、飽和密度における対称エネルギーやその密度微分 (density slope of symmetry energy: L) など、Saturationパラメータの異なる複数の状態方程式を導入し、Thomas-Fermi近似に基づいて系統的に扱うことで、飽和密度以下で現れる原子核の核種や存在量と状態方程式との関係について議論することを可能とした。
新たに導入した状態方程式を用いて原始中性子星冷却のシミュレーションを行なった結果、Lの値が小さい状態方程式ではニュートリノ放射の継続時間が長くなり、放射される平均エネルギーも高くなる傾向が見られた。これはLの値が小さい状態方程式ほど原子核サイズが大きくなり、ニュートリノと原子核の散乱が効率的に起こり、ニュートリノが逃げにくく温度が下がりにくくなるためである。
一方、クラスト形成の温度も原子核の核種に依存しており、Lの値が小さい状態方程式ほど固化にいたる温度（結晶化温度）が高くなる。数値シミュレーションの結果、Lの値が小さい状態方程式では冷却にかかる時間は長くなるが、結晶化温度が高くなる効果の方が勝ち、クラスト形成にいたるまでの時間は短くなることが見出された。さらにこのことから、クラスト形成のタイミングを議論するうえでもニュートリノ観測が重要であることが示唆された。
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