Theoretical study on supernova neutrinos
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20K14457
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Tokyo University of Science (2021-2022)
Tohoku University (2020) |
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Principal Investigator |
加藤 ちなみ 東京理科大学, 理工学部物理学科, 助教 (40850946)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 超新星爆発 / 大質量星 / ニュートリノ / ニュートリノ振動 / 超新星ニュートリノ / 前兆ニュートリノ / ニュートリノ集団振動 |
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| Outline of Research at the Start |
大質量星が進化の最期に起こす超新星爆発には未だに多くの未解明な点が残されている．その解明に大きく貢献するのが，大質量星の進化に強く関与するニュートリノの観測である．近年，観測技術の発展によってより詳細なニュートリノの観測が可能になり，現実的な超新星ニュートリノの理論予想が求められている．これまでの理論研究では，大質量星の進化を３つの段階に分けて個別に扱ってきた．しかし，近傍の超新星爆発であれば全段階のニュートリノを連続的に観測できる．そこで，本研究では，各段階でのニュートリノ放出の精密化を行ったうえで，全段階にわたる首尾一貫したニュートリノ光度・スペクトルの長時間計算を目標とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽の８倍以上の初期質量をもつ大質量星の進化については未だに多くの謎が残されている。そこで、本研究では大質量星がたどる３つの進化段階である①準静的進化段階および重力崩壊段階、②超新星爆発段階、そして③原始中性子星冷却段階の各段階において足りない物理を補いつつ、これら全ての進化段階から放出されるニュートリノについて矛盾なく包括的に扱うことを目的としている。
今年度は、昨年度に引き続いて②・③段階において重要になると予想されている「ニュートリノ集団振動」に関する基礎研究を行った。集団振動は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振動の一種で、非常に高い空間及び角度解像度が問題となって、現在の②・③段階におけるニュートリノの理論予想には取り入れられていないだけでなく、その現象自体のふるまいについても未解明である。具体的に、申請者は高密度下においてニュートリノと物質の反応が高頻度で起こる状況下での集団振動の非線形挙動に関する調査を行った。集団振動のみの場合、ニュートリノのある一定数が電子型と重レプトン型の間で永久的に振動するが、物質との反応を考慮に入れると、その振動が徐々に抑制されてある漸近状態に落ち着いていくことが分かった。これは、超新星爆発や原始中性子星の内部における熱力学状態を大きく変更する可能性があることを示唆する重要な結果である。
また、③段階におけるより詳細なニュートリノ放出を計算するために、鈴木氏及び中里氏が開発した１次元球対称の準静的な一般相対論的輻射流体計算コードをベースとして、考慮されている物理のアップデートを開始した。具体的には、現在ニュートリノ輸送計算の数値解法に用いている近似法であるMGFLD法からより高次の角度モーメントを扱うことができるモーメント法へのアップデートを行っている最中である。本プロジェクトは今年度も引き続き行っていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度に予定していた以下の事項について達成することができたため、おおむね順調に進展していると考えている。
・超新星爆発段階におけるニュートリノ集団振動の影響調査
具体的には、ニュートリノと物質の散乱反応が集団振動に与える影響の調査を行い、それらの結果が査読論文として受理された。また、ニュートリノと吸収・放出反応が集団振動に与える影響の調査も行って論文にまとめ、現在レビューを待っている段階である。
・原始中性子星における物理の精密化に関するプロジェクトの着手
具体的には、鈴木氏及び中里氏が開発した１次元球対称の準静的な一般相対論的輻射流体計算コードをベースとして、ニュートリノ輸送計算の数値解放に用いている近似法であるMGFLD法からより高次の角度モーメントを扱うことができるモーメント法へのアップデートに着手し始めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は昨年度に引き続いてニュートリノ集団振動の基礎研究および原始中性子星冷却段階の物理のアップデートに取り組んでいく予定である。
ニュートリノ集団振動については、この挙動が明らかになればなるほどより複雑な現象であることが分かり、当初の予定よりもこちらの現象について多くの時間を割く必要があると考えている。具体的な研究計画としては、まず初めにニュートリノ集団振動が超新星爆発内部の熱力学量にどのような影響を与えるのかを議論する。はじめは、一様バックグラウンドかつ模擬的な吸収・放出反応を考慮した簡易的な状況の議論から始め、その後非一様バックグラウンドを用いたり、より現実的なニュートリノ-物質反応を取り入れていき、より現実的な状況に少しずつ近づけながら研究を進めていく予定である。最終的には、超新星爆発自体にニュートリノ集団振動がどのような影響を与えるのかを定量的に議論する。
原始中性子冷却段階に関する研究では、まず現在行っている最中であるニュートリノ輸送計算の近似法に関するアップデートを完成させる。その後、当初の目的であった修正ウルカ過程などを含めたニュートリノ反応のアップデートを行い、本段階からのより精密なニュートリノ光度やスペクトルを求める予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
