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2006 Fiscal Year Annual Research Report

ブラックホール形成シナリオにもとづくガンマ線バーストの起源

Research Project

Project/Area Number 14079202
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

佐藤 勝彦  The University of Tokyo, 大学院・理学系研究科, 教授 (00111914)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山田 章一  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80251403)
戸谷 友則  京都大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (90321588)
Keywordsブラックホール / ガンマ線バースト / 超新星爆発 / ニュートリノ / 超高エネルギー宇宙線
Research Abstract

今年度の成果は以下のとおりである。
第一は、自転していない大質量星の重力崩壊におけるブラックホール形成とそこから放出されるニュートリノシグナルに関するものである。ガンマ線バーストのセントラルエンジンとしては高速回転しているブラックホールが有望視されているが、自転の遅い親星のほうが圧倒的に多い可能性がある。こうした天体現象はまだ観測されていないが、それは電磁波を放出していないだけからかもしれず、ニュートリノでは明るく輝く可能性がある。本研究では、親星の質量をパラメターにし、詳細なニュートリノ輸送を考慮した一般相対論的流体力学シミュレーションを系統的に行い、こうした現象に特有なニュートリノシグナルを明らかにした。これを用いれば、ブラックホールが形成されたことだけでなく、高密度ハドロン物質の状態方程式に関しても重要な情報を得られる可能性を示した。
第二の成果は、コラプサーシナリオに基づく多次元MHDシミュレーションによるジェットの形成と元素合成に関するものである。この研究では、ジェットがブラックホールのごく近傍ではなく、離れた所でも形成されうる可能性を示した点で独創的であった。また、爆発的元素合成を詳細に計算し、その特徴を明らかにした。
第二の成果は、近年着目されている超新星コア内の降着衝撃波の不安定に関するものである。我々は、線形解析と数値シミュレーションを組み合わせ、不安定性の線形段階から非線形段階に至る成長の様子を明らかにした。また、重力波放出も見積もるとともに、Burrowsの提唱する音波により超新星爆発を誘起するメカニズムとの関連も議論した。
第4の成果は超新星コア内における原子核の形状である。密度の上昇にともない原子核は互いに合体し、糸状、板状、また高密度領域に囲まれた糸状、球状の低密度領域などに相転移(パスタ構造)をとるが、新たな原子核モデルで、密度-温度面での相図を作成した。ニュートリノの透過率に対して重要なデータとなる。
第5の成果は、最高赤方偏移ガンマ線バーストGRB050904を用いて、宇宙の再電離に対する示唆を世界で初めてガンマ線バーストから導くことに成功したことである。また、活動銀河中心核からのガンマ線について理論的研究を行い、MeV領域からGeV領域にかけての宇宙背景放射への寄与を精密にみつもった。特に、今まで説明が難しいと言われていたMeV領域の背景放射が、X線領域で卓越しているセイファート銀河成分の自然な理論的拡張で説明できることを示した。さらに、長年の謎である銀河系中心からの511keV電子陽電子対消滅ガンマ線が、銀河系中心の超巨大ブラックホールの過去の活動性で自然に説明できることを示した。

  • Research Products

    (21 results)

All 2008 2007 2006

All Journal Article (21 results)

  • [Journal Article] The Cosmic MeV Gamma-Ray Background and Hard X-Ray Spectra of Active Galactic Nuclei: Implications for the Origin of Hot AGN Coronae2008

    • Author(s)
      Y. Inoue, T. Totani, and Y. Ueda
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 672

      Pages: L5

  • [Journal Article] Gravitational Radiation from Standing Accretion Shock Instability in Core-Collapse Supernovae2007

    • Author(s)
      Kei Kotake, Naofumi Ohnishi, and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 655

      Pages: 406-415291-298

  • [Journal Article] Stability of the Accretion Flows with Stalled Shocks in Core-Collapse Supernovae2007

    • Author(s)
      Tatsuya Yamasaki and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 656

      Pages: 1019-1037

  • [Journal Article] Heavy Element Nucleosynthesis in a Collapsar2007

    • Author(s)
      Shin-ichirou Fujimoto, Masa-aki Hashimoto, Kei Kotake, and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 656

      Pages: 382-392

  • [Journal Article] The g-Mode Excitation in the Proto Neutron Star by the Standing Accretion Shock Instability2007

    • Author(s)
      Shijun Yoshida, Naofumi Ohnishi, and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 665

      Pages: 1268-1276

  • [Journal Article] Numerical Study on Stellar Core Collapse and Neutrino Emission: Probe into the Spherically Symmetric Black Hole Progenitors with 3- 30M \odot Iron Cores2007

    • Author(s)
      Ken'ichiro Nakazato, Kohsuke Sumiyoshi, and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 666

      Pages: 1140-1151

  • [Journal Article] Inelastic Neutrino-Helium Scatterings and Standing Accretion Shock Instability in Core-Collapse Supernovae2007

    • Author(s)
      Naofumi Ohnishi, Kei Kotake, and Shoichi Yamada Tatsuya Yamasaki and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 667

      Pages: 382-394

  • [Journal Article] Reply to ''Comment on 'Heavy element production in inhomogeneous bigbang nucleosynthesis'''2007

    • Author(s)
      Shunji. Matsuura, Shin-ichirou. Fujimoto, Sumao Nishimura, Masa-aki Hashimoto, Katsuhiko Sato
    • Journal Title

      Phys RevD. 75

      Pages: 068302

  • [Journal Article] The impact of nuclear ″pasta″ on neutrino transport in collapsing cores2007

    • Author(s)
      Hidetaka Sonoda, Gentaro Watanabe, Katsuhiko Sato, Tomoya Takiwaki, Kenji Yasuoka, Toshikazu Ebisuzaki
    • Journal Title

      Phys Rev. C 75

      Pages: 042801

  • [Journal Article] Magnetohydrodynamic Simulations of A Rotating Massive Star Collapsing to A Black Hole2006

    • Author(s)
      Shin-ichirou Fujimoto, Kei Kotake, Shoichi Yamada, Masa-aki Hashimoto, and Katsuhiko Sato
    • Journal Title

      Astrophys. J. 644

      Pages: 1040-1055

  • [Journal Article] R-Process Nucleosynthesis in MHD Jet Explosions of Core-Collapse Supernovae2006

    • Author(s)
      Sunao Nishimura, et. al.
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 642

      Pages: 410-419

  • [Journal Article] Magnetohydrodynamic Simulations of a Rotating Massive Star Collapsing to a Black Hole2006

    • Author(s)
      Shin-ichirou Fujimoto, et. al.
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 644

      Pages: 1040-1055

  • [Journal Article] Gravitational Collapse and Neutrino Emission of Population III Massive Stars2006

    • Author(s)
      Ken'ichiro Nakazato, Kohsuke Sumiyoshi and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 645

      Pages: 519-533

  • [Journal Article] Neutrino signals from the formation of a black hole: A probe of the equation of state of dense matter2006

    • Author(s)
      K. Sumiyoshi, S. Yamada, H. Suzuki, and S. Chiba
    • Journal Title

      Physical Review Letters 97

      Pages: 091101

  • [Journal Article] Standing Accretion Shocks in the Supernova Core: Effects of Convection and Realistic EOS2006

    • Author(s)
      Tatsuya Yamasaki and Shoichi Yamada
    • Journal Title

      Astrophysical Journal 650

      Pages: 291-298

  • [Journal Article] Propagation of Ultra-High Energy Cosmic Rays above $10^{19} $ eV in a Structured Extragalactic Magnetic Field and Galactic Magnetic Field2006

    • Author(s)
      Hajime Takami, Hiroyuki Yoshiguchi, Katsuhiko Sato
    • Journal Title

      Astrophys. J. 639

      Pages: 803-815

  • [Journal Article] Explosive Nucleosynthesis in GRB Jets Accompanied by Hypernovae2006

    • Author(s)
      Shigehiro Nagataki, Akira Mizuta, and Katsuhiko Sato
    • Journal Title

      Astrophys. J. 647

      Pages: 1255-1268

  • [Journal Article] Explosion Mechanism, Neutrino Burst, and Gravitational Wave in Core-Collapse Supernovae2006

    • Author(s)
      Kei Kotake, Katsuhiko Sato, Keitaro Takahashi
    • Journal Title

      Reports on Progress in Physics 69

      Pages: 971-1144

  • [Journal Article] Gamma-Ray Luminosity Function of Blazars and the Cosmic Gamma-Ray Background: Evidence for the Luminosity-Dependent Density Evolution2006

    • Author(s)
      Takuto Narumoto and Tomonori Totani
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal 643

      Pages: 81

  • [Journal Article] A RIAF Interpretation for the Past Higher Activity of the Galactic Center Black Hole and the 511 keV Annihilation Emission2006

    • Author(s)
      Tomonori Totani
    • Journal Title

      Pub. Astron. Soc. Jpn 58

      Pages: 965

  • [Journal Article] Implications for Cosmic Reionization from the Optical Afterglow Spectrum of the Gamma-Ray Burst 050904 at z = 6.32006

    • Author(s)
      T. Totani, et. al.
    • Journal Title

      Pub. Astron. Soc. Jpn 58

      Pages: 485

URL: 

Published: 2010-02-01   Modified: 2014-02-06  

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