Theoretical study on the multi-dimensional supernova mechanism towards multi-messenger supernova observations
| Project/Area Number |
23K22494
|
|---|
| Project/Area Number (Other) |
22H01223 (2022-2023)
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
|
|---|
| Research Institution | Fukuoka University |
|---|
Principal Investigator |
固武 慶 福岡大学, 理学部, 教授 (20435506)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
滝脇 知也 国立天文台, 天文シミュレーションプロジェクト, 准教授 (50507837)
松本 仁 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (70722247)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
|
|---|
| Keywords | 超新星爆発 / ニュートリノ / 重力波 / マルチメッセンジャー天文学 / 輻射輸送 / 中性子星 / スーパーコンピューティング / 原子核物理 / 素粒子物理 / マルチメッセンジャー |
|---|
| Outline of Research at the Start |
大質量星が進化の最終段階において迎える超新星がどのような仕組みで爆発するのかは、過去50年以上にわたる宇宙物理学の謎です。最近のシミュレーションコード開発の進展で、「爆発するモデルが作れない」という積年の問題は解決に向かっていますが、まだ、理論モデルは観測を説明できていません。理論モデルが予想する爆発エネルギーが観測より一桁ほど小さいのです。本研究課題では、世界最高水準の数値コードに最新の素粒子モデルの効果を入れて、「元気に爆発」するモデルを作ることを目指します。このような理論研究は、将来の超新星からの重力波・ニュートリノ観測に向けて不可欠なもので、学術的意義が高いものです。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の実績として、まず、超新星１９８７Aの親星として連星の効果を含んだ最新のモデルを用いて、空間3次元ニュートリノ輸送数値シミュレーションを行ったところ、衝撃波の失速後、ニュートリノ加熱により衝撃波が復活して、爆発に転じていく様子を再現することが出来た。ニュートリノ加熱により、対流が駆動され、特に、加熱領域による乱流が十分に発達している間に、シリコン酸素層が衝撃波に落下したタイミング(衝撃波への質量降着率が下がるため）と良い相関をもって、衝撃波が復活することがわかった。さらに爆発に伴う重力波、ニュートリノシグナルの定量的予測を行うこともできた。特に、重力波に関しては、重力波の周波数、強度解析を行うことで、原始中性子星の基準振動モードの検出が、銀河中心の超新星イベントに対して、LIGOをはじめとする現在稼働中に重力波の干渉計の検出限界内にあることを示すことが出来た。ニュートリノに関しては、スーパーカミオカンデをはじめとする検出器でのイベント数の定量的な予測も行うことが出来た。特に、本年度は、アキシオンと呼ばれる素粒子の効果を含んだ超新星研究に着手出来たことも特筆すべきである。アキシオン輸送の効果を近似的に取り込んだシステマティックなシミュレーションを行い、典型的な超新星の親星に対して、アキシオンの素粒子論的な性質を記述するアキシオンと物質の結合定数、アキシオンの質量に関して、従来の観測と無矛盾になるようなパラメータ領域を精査した。本研究成果を踏まえ、海外の超新星研究グループが、より詳細なパラメーター絞り込みの研究も報告された。このように、超新星を舞台としたアキシオンを中心に据えた素粒子天体物理学の研究に弾みを与えられたことも、本課題の研究成果と言える。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画していた通り、初年度は、様々な親星に対して（12モデル）、系統的な3次元超新星シミュレーションを行うことが出来た。現在、そのビッグデータに関して、詳細な解析を行っており、爆発の動的進化の特徴、重力波、ニュートリノシグナルの定量的予測を行っており、本年度中に論文として発表する予定で順調に進んでいる。超新星背景ニュートリノは、日本が世界に誇る最高感度を誇るガドリニウムを加えたニュートリノ検出器スーパーカミオカンデの有力な検出ターゲットである。本研究グループがこれまで出版してきた3次元モデルに加え、海外の研究グループが発表した3次元の超新星モデルの結果も含めたより系統的な、超新星背景ニュートリノ予測も行うことが出来た。更に、アキシオンを含む新たな課題にも着することが出来たのが、当初の計画以上に進展していると判断した理由で、初年度の研究成果で述べた成果に加え、爆発開始以前に放射されるアキシオン（前兆アキシオン）の観測可能性について世界に先駆けて調べた成果、また、アキシオンの電子陽電子生成不安定誘起型超新星のライトカーブに関する効果も調べることが出来た。
|
| Strategy for Future Research Activity |
当初計画していた通り、星の自転や磁場の効果を含んだ超新星の3次元シミュレーションも同時併行していく。特に、磁場に関しては、原始中性子星の内部で駆動されるダイナモの効果を精査することが不可欠である。ダイナモの線形成長率から評価すると、ダイナモ活動を十分な数値分解能で行うためには、サブグリッドモデル化が不可欠であると睨んでいる。次年度以降、このダイナモ効果を明らかにすべく研究を推進していく。同時に、ダイナモ活動に伴う重力波やニュートリノシグナルも精査して、観測的に如何に迫れるか調べていくべきである。アキシオンの効果を入れた超新星モデリングに関しては、アキシオン輸送をボルツマン方程式のレベルから書き下し、アキシオン質量の効果をセルフコンシステントに取り入れたモーメント法に基づく数値コードを作成することで、より高精度の数値シミュレーションコードを作成する。このコードのテストを行うとともに、空間3次元のシミュレーションを行うことを目指している。
|
Report
(1 results)
Research Products
(31 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] 3D template-based Fermi-LAT constraints on the diffuse supernova axion-like particle background2022
Author(s)
Calore Francesca , Carenza Pierluca , Eckner Christopher , Fischer Tobias , Giannotti Maurizio , Jaeckel Joerg , Kotake Kei , Kuroda Takami , Mirizzi Aless,ro , Sivo Francesco
-
Journal Title
Physical Review D
Volume: 105
Issue: 6
Pages: 63028-63028
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
