Comprehensive studies on the multidimensional evolution of massive stars to neutron stars and black holes
| Project/Area Number |
21H01083
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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 | Waseda University |
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Principal Investigator |
山田 章一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80251403)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
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| Keywords | 大質量星 / 重力崩壊 / 超新星 / ブラックホール / ニュートリノ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、形成時の質量が太陽の約10 倍以上であるような大質量星が、準静的進化の後にコアの重力崩壊により超新星爆発を起こすかあるいはそれに失敗し、中性子星またはブラックホールを形成するに至るまでの一連の進化を、第一原理的計算とそれにより較正された物理モデルを組み込んだ現象論的計算とを組み合わせる事によって、定量的に明らかにすることを目的とする。その際、星の自転と一般相対論をフルに考慮する。また、ニュートリノや重力波といった観測可能量についても定量的な評価を行い、将来実際に検出があった場合に核物質の状態方程式や親星の角運動量などに定量的な制限がつけられるようにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究課題2. コアの重力崩壊と超新星爆発またはその失敗における自転と一般相対論の影響の研究
これまでに開発してきたボルツマンソルバー、アインシュタインソルバー、流体力学ソルバーを統合し、軸対称２次元の第１原理計算を行い、超新星爆発のダイナミクスに対する一般相対論的重力と自転の影響を定量的に明らかにすることを目指している。本年度は、時空の計量は固定し、流体運動とニュートリノ輸送を一般相対論的に計算し、対流がどのように起こるかを定量的に調べ、論文として発表した。現在は原始中性子星のさまざまな冷却段階に拡張し、特に原子核物質の対称エネルギーの安定性への影響を系統的に研究している。また、球座標上で定式化したBSSN型式とimplicit Runge-Kutta法によるアインシュタイン方程式ソルバーのテスト計算を進めた。特に球対称下でのブラックホール形成に関する先行研究および申請者が所有する球対称コードによる原始中性子星の重力崩壊計算との詳細で定量的な比較を行った。現在ボルツマンコードとの結合を行っているところである
研究課題1. 自転を考慮した大質量星の主系列から鉄コアの重力崩壊直前までの準静的進化の計算
研究課題3. 自転する原始中性子星の準静的冷却とブラックホール形成の研究
これまで角度平均をとり１次元で計算されてきた高速自転する星の進化計算を質的に改善するべくこれまで取り組んできた、独自のラグランジュ的定式化に基づく、ニュートン力学的平衡形状と一般相対論的平衡形状の数値的作成が完成し、それぞれ一編ずつの論文として発表した。また、そこで開発した多変数非線形代数方程式の新たな数値計算法についても論文として発表した。現在ニュートン力学版は高速自転する白色矮星の冷却計算に応用しているところで、一般相対論版は原始中性子星冷却への応用を進めているところである。
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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
初年度に行なった主要課題２におけるテスト計算の際に当初予期しなかった数値計算上の問題が生じたため、繰越しを行い対処した。問題は初年度中に概ね解決し、その後は順調に進んでおり、今年度終了時点で概ね当初予定していたところに到達している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況で述べたように、当初の遅れは概ね解消し、開発を進めてきたものについても概ね完成を見たので、今後は軸足を応用に移すことになる。今のところ大きな問題は想定されないので、新たな方策は必要ないと考えている。数値計算が主なので、今後も問題が発生しないとは言い切れないが、個別に対応していくことで十分であると考える。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)
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[Presentation] "A Simulation of Core-collapse Supernovae in Three-dimensional Space with Full Boltzmann Neutrino Transport on the Supercomputer FUGAKU",2022
Author(s)
Wakana Iwakami, Hirotada Okawa, Akira Harada, Hiroki Nagakura, Ryuichiro Akaho, Shun Furusawa, Hideo Matsufuru, Kohsuke Sumiyoshi, Shoichi Yamada,
Organizer
Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics (UGAP2022)
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[Presentation] “重力崩壊型超新星の三次元数値計算の現状",2022
Author(s)
岩上わかな, 滝脇知也, 中村航, 諏訪雄大, 固武慶, 原田了, 大川博督, 長倉洋樹, 赤穂龍一郎, 古澤峻, 松古栄夫, 住吉光介, 山田章一,
Organizer
「富岳で加速する素粒子・原子核・宇宙・惑星」シンポジウム
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[Presentation] "Core-Collapse Supernovae Simulations by Boltzmann-Hydro Code",2021
Author(s)
岩上わかな, 大川博督, 長倉洋樹, 原田了, 赤穂龍一郎, 古澤峻, 松古栄夫, 住吉光介, 山田章一,
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2021, 計算科学が拓く宇宙の構造形成・進化から惑星表層環境変動まで
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[Presentation] “Influences of Nuclear EOS on Core-collapse Supernova Simulations by the Boltzmann-radiation-hydrodynamics”,2021
Author(s)
Harada, A., Nagakura, H., Iwakami, W., Okawa, H., Yamada, S., Furusawa, S., Matsufuru, H., and Sumiyoshi, K.,
Organizer
Probe into core-collapse SuperNovae via Gravitational-Wave and neutrino signals (SNeGWv2021)
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