Investigating Axion-like Particles with Three-dimensional Supernova Simulations
| Project/Area Number |
23KJ2147
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
|
|---|
| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
|---|
Principal Investigator |
森 寛治 国立天文台, 科学研究部, 特別研究員(PD)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
|
|---|
| Keywords | 超新星爆発 / アクシオン |
|---|
| Outline of Research at the Start |
大質量星の一生の最期である超新星爆発の内部では、温度が数千億度に達する極限的な環境が実現される。こうした極限環境では、素粒子標準模型に含まれない仮説上の素粒子であるアクシオンが生成され、近傍超新星イベントからの電磁波・ニュートリノ信号に痕跡が残る可能性がある。そうしたマルチメッセンジャー信号を予言するためには、人工的な対称性を仮定しない3次元超新星シミュレーションを実施することが必要である。そこで本研究計画では、世界に先駆けて3次元超新星モデルにアクシオンの効果を組み込む。将来の近傍超新星に対するマルチメッセンジャー天文観測と連携することによって、超新星アクシオン物理学を創生する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画は、アクシオン(axion)またはアクシオン様粒子(axion-like particle)と呼ばれる未発見の素粒子の輸送を考慮した多次元超新星爆発シミュレーションを実施することを目指している。2023年度は、アクシオンを考慮した2次元(軸対称)超新星シミュレーションを実施し、1本の査読付き論文を出版した。本計算では特に質量100-200 MeVの重いアクシオン様粒子に対して計算を実施した。その結果、超新星の爆発エネルギーが通常のモデルに比べて増大することを現実的シミュレーションを用いて初めて示した。これは、重いアクシオンが恒星内部で光子に崩壊することで加熱を引き起こすためである。また、アクシオンが近傍超新星イベントからのマルチメッセンジャー信号に与えるインパクトを調査した。その結果、ニュートリノおよび重力波信号が通常のモデルに比べて小さくなることが明らかになった。これは、上記の加熱効果によって、超新星中心部の原始中性子星への質量降着が抑制されるためであると考えられる。今後は、アクシオンを考慮した3次元シミュレーションを実施するとともに、本研究で開発した新手法を応用して、ステライル・ニュートリノのような標準模型を超えた別種の新粒子に対して同様の計算を実施することを計画している。また、今年度の計算では磁場なし・無回転を仮定していたため、今後は磁場や回転を考慮した計算を実施することを合わせて検討している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2023年度はアクシオンの影響を考慮した2次元超新星シミュレーションを実施し、1本の論文を出版した。本研究によって今後の研究で用いる手法を確立することができたため、現在のところ、本研究はおおむね順調に進展していると評価している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2023年度に実施した2次元シミュレーションでは、計算量を削減するため、人工的に軸対称性が仮定されていた。そこで今後は、人工的な対称性を仮定しない3次元シミュレーションを実施する。また、本研究によって開発した標準模型を超えた粒子の輸送を解く手法は、アクシオン以外の粒子にも適用可能である。そこで、この新手法を応用して、ステライル・ニュートリノのような別種の新粒子に対して同様の計算を実施することを計画している。さらに、もし恒星が回転していた場合、中心部の温度が低下し、アクシオン光度に著しい影響がある可能性がある。また、もし強い磁場が存在した場合には、磁場がかかわる過程によってアクシオン光度が増大する可能性が指摘されている。そこで、今後は回転や磁場を考慮したシミュレーションを実施することで、これらの影響を定量的に明らかにする。
|
Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
