見えてきた高エネルギーニュートリノ起源の理論的解明

• Project Area: Unification and Development of the Neutrino Science Frontier
• Project/Area Number: 26105521
• 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: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 長瀧 重博 国立研究開発法人理化学研究所, 長瀧天体ビッグバン研究室, 准主任研究員 (60359643)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 高エネルギーニュートリノ / IceCube / 超新星残骸 / 粒子加速 / 銀河中心 / ガンマ線 / 極超新星

Outline of Annual Research Achievements

南極で観測を続けるIceCube Collaborationは2013年4月、遂に大気ニュートリノ以外の起源と思われる2つのイベント（PeVニュートリノ）の検出を報告しました。これに引き続き、IceCube Collaborationは解析の続報を発信しています。その到来方向をマッピングしてみますと、まだ有意性は低いものの、銀河中心付近からやってくるニュートリノイベントが特に多いようにも見えます。本研究にて、我々は銀河中心では超新星爆発頻度が高く、多くの超新星残骸が存在していることに着目しました。その上で特に巨大な超新星爆発「極超新星爆発」がこの高エネルギーニュートリノの起源天体であると予想し、その理論計算を行いました。

我々はこれまでの超新星残骸研究で開発してきた非線形粒子加速コードを極超新星残骸に応用し、高エネルギー粒子がどれだけ極超新星残骸で生成されるかを評価しました。また得られた宇宙線が銀河中心エリアに存在するガスと相互作用し、どれだけ高エネルギーニュートリノ・ガンマ線を生成するかを拡散方程式を解くことにより評価しました。得られたニュートリノの結果をIceCubeのデータと比較し、一方ガンマ線についてはGeV-TeVガンマ線観測からの制限に抵触しないか、現在慎重な解析を行いました。その結果、観測されているガンマ線のフラックスをこのモデルで満たすことは出来るが、それを説明するとニュートリノのフラックスは観測よりも桁で小さくなることが分かりました。この結果は銀河中心付近のニュートリノが系外起源であることを示唆しています。

今後は更に上記で得られた成果を検討し、査読論文に投稿する予定です。本研究期間中にその論文は仕上がりませんでしたが、今後論文が受理されましたら謝辞には必ず本研究課題に言及致します。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of California, Los Angeles/Stanford University/University of Alabama in Huntsville(米国)
• [Int'l Joint Research] Purple Mountain Observatory/Yunnan Observatory(中国)
• [Int'l Joint Research] Uniwersytet Jagiellonski(ポーランド)
• [Journal Article] Monte Carlo Bayesian search for the plausible source of the Telescope Array hotspot (2016)
  • Author(s): He, Hao-Ning; Kusenko, Alexander; Nagataki, Shigehiro; Zhang, Bin-Bin; Yang, Rui-Zhi; Fan, Yi-Zhong
  • Journal Title: Physical Review D Volume: ９３ Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.043011
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Luminosity-time and luminosity-luminosity correlations for GRB prompt and afterglow plateau emissions (2015)
  • Author(s): Dainotti, M.; Petrosian, V.; Willingale, R.; O'Brien, P.; Ostrowski, M.; Nagataki, S.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 451 Issue: 4 Pages: 3898-3908
  • DOI: 10.1093/mnras/stv1229
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] MATTER MIXING IN CORE-COLLAPSE SUPERNOVA EJECTA: LARGE DENSITY PERTURBATIONS IN THE PROGENITOR STAR? (2015)
  • Author(s): J. Mao, M. Ono, S. Nagataki, M. Hashimoto, H. Ito, J. Matsumoto, M. G. Dainotti, and S.-H. Lee
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 808 Issue: 2 Pages: 164-189
  • DOI: 10.1088/0004-637x/808/2/164
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Death of Massive Stars:Supernovae & Gamma-Ray Bursts (2016)
  • Author(s): Shigehiro Nagataki
  • Organizer: Symposium: New Generation Quantum Theory -Particle Physics, Cosmology, and Chemistry
  • Place of Presentation: Kyoto University, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-03-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] GRB Simulations (2016)
  • Author(s): Shigehiro Nagataki
  • Organizer: Thinkshop Transient Bormio 2016
  • Place of Presentation: Bormio, Italy
  • Year and Date: 2016-01-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Astrophysical Big Bang Simulations (2015)
  • Author(s): Shigehiro Nagataki
  • Organizer: PACIFIC 2015,
  • Place of Presentation: Moorea, French Polynessia
  • Year and Date: 2015-09-12
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Astrophysical Big Bangs: From Engine to Remnants (2015)
  • Author(s): Shigehiro Nagataki
  • Organizer: OMEG2015
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2015-06-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The Galactic Center as an Active Source of VHE-CRs & Neutrinos (2015)
  • Author(s): Shigehiro Nagataki
  • Organizer: The ISSI-BJ Meeting “New Approach to Active Processes in Central Regions of Galaxies
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2015-06-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Theoretical Study for Unveiling the Origins of VHE-Neutrinos in the Near Future (2014)
  • Author(s): 長瀧重博
  • Organizer: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」研究会 2014
  • Place of Presentation: 山梨県 富士吉田市 富士カーム
  • Year and Date: 2014-12-21 – 2014-12-23
• [Remarks] 長瀧天体ビッグバン研究室
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/associate/astro_big_bang/
• [Remarks] 長瀧天体ビックバン研究室へよう こそ
  • URL: http://nagataki-lab.riken.jp/index_jp.html
• [Funded Workshop] GRB Workshop 2015 (2015)
  • Place of Presentation: 理研和光キャンパス、 和光市、埼玉
  • Year and Date: 2015-08-31