ニュートリノ観測に拠る超新星内の流体不安定性の解明

• Project Area: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research
• Project/Area Number: 15H01039
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan (2016); Institute of Physical and Chemical Research (2015)
• Principal Investigator: 滝脇 知也 国立天文台, 理論研究部, 助教 (50507837)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: ニュートリノ / 超新星 / 超新星爆発 / 流体不安定性 / 高精度数値計算

Outline of Annual Research Achievements

超新星から放出されるニュートリノのシグナルを用いて爆発の仕組みに迫る研究を行った。以下論文ごとに紹介する。研究の大部分は終了しているものの、論文執筆は今後というものも多くある。
Takiwaki et al. 2016: 高速自転している星が重力崩壊した場合の超新星爆発の様子を数値シミュレーションで調べた。驚くべきことに原始中性子星が歪み、その歪みがスクリューのようにものをかき混ぜエネルギーの輸送を助けるという、これまでは考えられていなかった爆発メカニズムが発見された。ここから来るニュートリノは原始中性子星の自転周期に対応した時間変動を持つ。その結果は論文にまとめている最中である。
Nakamura et al. 2016: 超新星が爆発する際に生じる、ニュートリノと重力波と光を時系列に整理しその光度と観測可能性について議論した。ニュートリノの観測は特に原始中性子星ができた瞬間を特定するために重要になることを指摘した。この時刻を元に重力波の解析等が行われる。
Kuroda et al. 2016: 定在降着衝撃波不安定性が起きたときの重力波シグナルについて述べた論文である。このモデルにおいてニュートリノと重力波の相関解析で何が分かるのかについては次の論文にて詳しく議論する。
Sotani and Takiwaki 2016: 数値シミュレーションをバックグラウンドにして線形摂動を与えることで、その原子中性子星が放出する重力波の周波数を議論した。ニュートリノの観測から原始中性子星の温度の時間進化が分かるため、その情報を統合することで原始中性子星の質量と半径の進化が分かる可能性がある。これは原子核の状態方程式を制限することにもつなげることができる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Basel University(スイス)
• [Journal Article] The Intermediate r-process in Core-collapse Supernovae Driven by the Magneto-rotational Instability (2017)
  • Author(s): Nishimura, N.; Sawai, H.; Takiwaki, T.; Yamada, S.; Thielemann, F.-K.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 836 Issue: 2 Pages: L21-L21
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa5dee
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Three-dimensional simulations of rapidly rotating core-collapse supernovae: finding a neutrino-powered explosion aided by non-axisymmetric flows (2016)
  • Author(s): Takiwaki, Tomoya; Kotake, Kei; Suwa, Yudai
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters Volume: 461 Issue: 1 Pages: L112-L116
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slw105
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multi-messenger signals of long-term core-collapse supernova simulations : synergetic observation strategies (2016)
  • Author(s): Nakamura, K., Horiuchi, S., Tanaka, M., Hayama, K., Takiwaki, T., & Kotake, K
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 461 Issue: 3 Pages: 3296-3313
  • DOI: 10.1093/mnras/stw1453
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A New Gravitational-wave Signature from Standing Accretion Shock Instability in Supernovae (2016)
  • Author(s): Kuroda, Takami; Kotake, Kei; Takiwaki, Tomoya
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 829 Issue: 1 Pages: L14-L14
  • DOI: 10.3847/2041-8205/829/1/l14
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gravitational wave asteroseismology with protoneutron stars (2016)
  • Author(s): Hajime Sotani, Tomoya Takiwaki
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 94 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.044043
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The r-process Nucleosynthesis in the Various Jet-like Explosions of Magnetorotational Core-collapse Supernovae (2015)
  • Author(s): Nishimura, Nobuya; Takiwaki, Tomoya; Thielemann, Friedrich-Karl
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 810 Issue: 2 Pages: 109-109
  • DOI: 10.1088/0004-637x/810/2/109
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 超新星シミュレーション (2017)
  • Author(s): 滝脇知也
  • Organizer: 新学術「地下素核研究」 第3回超新星ニュートリノ研究会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市東北大学
  • Year and Date: 2017-03-03
  • Invited
• [Presentation] Intensive and extensive studies of core-collapse supernovae: Status reports of Japanese group (2016)
  • Author(s): Tomoya Takiwaki
  • Organizer: NAOJ-ect* workshop
  • Place of Presentation: National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka-shi, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ニュートリノ観測による超新星爆発メカニズムの探求 (2016)
  • Author(s): 滝脇知也
  • Organizer: 第二回超新星ニュートリノ研究会
  • Place of Presentation: 富山商工会議所（富山）
  • Year and Date: 2016-01-06
  • Invited
• [Presentation] Supernova Neutrinos (2016)
  • Author(s): Tomoya Takiwaki
  • Organizer: ", The First Workshop on the Second Hyper-Kamiokande Detector in Korea
  • Place of Presentation: Seoul National University, Seoul, Korea
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 超新星３次元モデルに基づくニュートリノ信号 (2015)
  • Author(s): 滝脇知也
  • Organizer: ハイパーカミオカンデにおける宇宙ニュートリノ観測
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫）
  • Year and Date: 2015-05-17
  • Invited
• [Presentation] ３次元超新星モデルからのニュートリノ予測 (2015)
  • Author(s): 滝脇知也
  • Organizer: 「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」 2015年領域研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫）
  • Year and Date: 2015-05-15
  • Invited
• [Remarks] 滝脇知也助教が2016年度日本天文学会研究奨励賞を受賞
  • URL: http://th.nao.ac.jp/news/takiwaki_201703.html