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Analysis of supernova gravitational waves toward the era of gravitational-wave astronomy

Publicly Offered Research

Project AreaGravitational wave physics and astronomy: Genesis
Project/Area Number 20H04748
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

中村 航  福岡大学, 理学部, 助教 (60533544)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords超新星 / 数値シミュレーション / 重力波 / 超新星爆発
Outline of Research at the Start

本研究では、銀河系内超新星からの重力波観測によって超新星親星の内部構造を探るという目的を、以下の2つの段階に分けて達成する。(1)計算効率の極めて良い IDSA と呼ばれる近似法を用いて、幅広い質量域と初期回転速度を網羅する超新星親星の重力崩壊シミュレーションを行い、バウンス後約 0.5 秒程度の重力波シグナルを計算する。(2)(1)で得た重力波データを用い、現行の重力波検出器で期待される観測量から親星の内部構造にどの程度制限を課すことができるかを見積もる。計算に使用するコードの開発はほぼ完了しているので、初年度から生産的な計算に取り組むことが可能である。

Outline of Annual Research Achievements

コンパクト連星合体からの重力波検出によって重力波天文学が幕を開けたことを受け、次のターゲットとなる重力崩壊型超新星爆発からの重力波放射を数値シミュレーションによって調べた。超新星起源の重力波はコンパクト連星合体の場合と比較して弱く検出は困難であるが、天の川銀河系内のイベントであれば観測可能であると考えられる。本研究では幅広い親星モデルに対して空間3次元での重力崩壊計算を実行し、現実的な超新星モデルに基づく重力波テンプレートの作成を目指した。
最初の段階として、最もよく観測されたSN1987Aの最新の連星親星モデルに対して重力崩壊計算を実行し、得られた流体運動データをもとに重力波シグナルの算出と検出解析をおこなった。重力波形が衝撃波発生直後の即時対流や、それに続く非線形運動と衝撃波の非対称な膨張に対応することを確認し、さらに周波数分解してfモードやgモードに対応する特徴があることを発見した。重力波スペクトルと検出器の感度曲線との比較から、銀河中心に相当する10キロパーセク程度の距離であれば、100-200Hz程度の低周波領域に現れる、原始中性子星内部の対流に起因すると思われる運動と関連した重力波も検出可能であることを示した。
次に、主系列星当時の質量が太陽の9倍から25倍である単独親星モデルに対して同様の重力崩壊計算と重力波解析を実行した。得られた重力波信号を比較し、親星構造の違いによって爆発時に放出する重力波に大きな違いが現れることを発見した。特に、重い星では激しい質量降着によって強い重力波放出が見られる傾向にあった。親星依存性のさらなる詳細な解析によって、超新星重力波の検出から超新星爆発の物理に迫ることができると期待している。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Three-dimensional supernova simulation of SN 1987A progenitor with implications for multi-messenger signals2022

    • Author(s)
      Ko Nakamura
    • Journal Title

      EPJ Web of Conferences

      Volume: 260 Pages: 11020-11020

    • DOI

      10.1051/epjconf/202226011020

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Core-collapse simulation of SN 1987A binary progenitor and its multimessenger signals2021

    • Author(s)
      Ko Nakamura
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 2156 Issue: 1 Pages: 012232-012232

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2156/1/012232

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D simulations of supernova explosions with magnetic fields2022

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      CfCAユーザーズミーティング
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁場を考慮した3次元超新星モデルの初期流体進化2022

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      日本天文学会2022年春季年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Core-collapse supernova simulation of a three-dimensional 25 solar-mass progenitor model2021

    • Author(s)
      Ko Nakamura
    • Organizer
      YITP-OzGrav Workshop
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Core-collapse simulation of SN 1987A binary progenitor and its multimessenger signals2021

    • Author(s)
      Ko Nakamura
    • Organizer
      TAUP 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional supernova simulation of SN 1987A progenitor with implications for multi-messenger signals2021

    • Author(s)
      Ko Nakamura
    • Organizer
      NIC-XVI
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gravitational wave analysis for long-term 3D CCSN simulations2021

    • Author(s)
      Ko Nakamura
    • Organizer
      SNeGWv2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] SN1987Aモデルの重力崩壊計算が示すコンパクト天体の性質2021

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      中性子星の観測と理論 - 研究活性化ワークショップ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 大質量星重力崩壊の空間3次元MHDシミュレーション2021

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      第34回理論懇シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 現実的な3次元超新星モデルに向けて2021

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      第7回超新星ニュートリノ研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 大質量星の重力崩壊前後を追う一貫した数値シミュレーション2021

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      CfCAユーザーズミーティング
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Gravitational wave signal based on a realistic core-collapse supernova model2021

    • Author(s)
      Ko Nakamura
    • Organizer
      Gravitational wave physics and astronomy: Genesis, The 4th Annual Area Symposium
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超新星親星の非球対称構造が衝撃波に及ぼす影響2021

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      日本天文学会2021年春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 大質量星の非対称構造を考慮した重力崩壊計算2020

    • Author(s)
      中村航
    • Organizer
      第33回理論懇シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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