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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Gamma-ray bursts studied with multi-dimensional radiation hydrodynamics and nucleosynthesis calculations

Research Project

Project/Area Number 15H05440
Research InstitutionKonan University

Principal Investigator

冨永 望  甲南大学, 理工学部, 教授 (00550279)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords輻射輸送 / ガンマ線バースト / 元素合成 / 超新星爆発
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題はガンマ線バーストの起源を探るため、多次元多波長相対論的輻射流体計算コードの開発、超新星爆発・ガンマ線バーストの観測的研究、元素合成計算の観測的対応として金属欠乏星の有用性の検証を進めている。平成29年度には以下のような研究を行った。
1.ガンマ線バーストのうち継続時間の短いタイプの起源は中性子星連星の合体と考えられている。2017年8月17日にAdvanced LIGOおよびAdvanced Virgoによって検出された中性子星連星合体からの重力波に対して、すばる望遠鏡HSCやその他の中小口径望遠鏡を用いた追観測を行い、中性子星連星合体の電磁波対応天体SSS17aを発見し、その他に電磁波対応天体の可能性の高い天体が存在しないことを示し、その性質が理論的に予言されていたキロノバ(マクロノバ)と一致することを明らかにした。
2.雇用する研究員が中心となって、低質量初代星が形成された場合に、これまで全く考えられていなかった低質量初代星からの輻射および星風を初めて考慮した結果、金属の低質量初代星表面への降着が阻害され、低質量初代星は金属量0の星として観測されることを示した。
3.雇用する研究員が中心となって、ガンマ線バースト残光などにおいて実現されていると考えられている無衝突衝撃波を地上の高強度レーザーを用いて再現することを目的として、大阪大学において無衝突垂直衝撃波のレーザー実験を行っている。今年度の実験により雰囲気ガスの電離には成功し、アルミプラズマとの衝突を観測することができた。
4.特に金属量の少ない金属欠乏星について、冷却に重要なダストの種類が異なる二種類があり、炭素ダストによる冷却が支配的な炭素組成の高い金属欠乏星とシリケイトダストによる冷却が支配的な炭素組成の低い金属欠乏星が存在することを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

球面調和関数を用いて光子の散乱を解き離散座標を用いて光子輸送を計算するSpherical Harmonic Discrete Ordinate Method (SHDOM)という手法を採用した多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードを開発している。軸対称円柱座標系に拡張した同コードを用いた計算結果が一般に高エネルギー実験との比較で使用されている電子ガンマ線シャワーソフトウェアと一致すること、また相対論的速度を持つ媒質中の非等方・非弾性散乱を含む輻射輸送について、我々の開発した相対論的光子輸送計算コードと一致することを確認した。さらに、実際に相対論的流体計算の結果に基づいて多波長輻射輸送計算を行い、黒体輻射スペクトル持って生成された光子がコンプトン散乱を通じて高エネルギーまでローレンツブーストされることを確認した。
以上の理論的研究に加えて、開発している計算コードと比較可能な観測を取得するための体制およびデータ解析システムの構築を進め、実際に重力波源、高速電波バーストの観測を遂行することができた。特に、中性子星合体からの重力波の追観測に成功し、電磁波対応天体の発見およびその素性の解明に貢献した。また、大阪大学において行っている実験についても雰囲気ガスの電離には成功し実験と計算コードの比較に向けて道を開くことができた。

Strategy for Future Research Activity

相対論的流体計算コードによって得られた流体構造を背景とした軸対称円柱座標系多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードを用いた輻射輸送計算によって、電子の熱運動を考慮する必要があることが明らかとなった。そのため、電子の熱運動を解析的に考慮する方法を用いて、軸対称円柱座標系多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードの改良を行い、光度曲線、スペクトルを提出する。このうち、特にスペクトルについて提出した理論モデルと現実のガンマ線バーストとの比較を行い、ガンマ線バーストの観測から求められる流体構造を明らかにする。さらに、平成29年度までに行った相対論的流体計算結果に基づいた輻射輸送計算の経験を活かし、多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードと相対論的流体計算コードの融合を進める。開発している多次元多波長相対論的輻射流体・元素合成計算コードの適用天体を増やし、比較可能な観測データを取得するためのガンマ線バースト・超新星爆発・重力波源・高速電波バーストの追観測体制の構築を推し進める。また、元素合成計算と比較可能な観測データとして金属欠乏星に注目し、その元素組成からガンマ線バースト・超新星爆発の爆発メカニズムや親星に迫る方策を検討する。

  • Research Products

    (27 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 15 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] ITEP(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      ITEP
  • [Journal Article] Subaru Hyper Suprime-Cam Survey for an optical counterpart of GW170817‡2018

    • Author(s)
      Tominaga Nozomu、et al.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 70 Pages: 28~28

    • DOI

      10.1093/pasj/psy007

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Search for thermal X-ray features from the Crab nebula with the Hitomi soft X-ray spectrometer*2018

    • Author(s)
      Hitomi Collaboration
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 70 Pages: 14~14

    • DOI

      10.1093/pasj/psx072

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Intermediate-mass Elements in Young Supernova Remnants Reveal Neutron Star Kicks by Asymmetric Explosions2018

    • Author(s)
      Katsuda Satoru、Morii Mikio、Janka Hans-Thomas、Wongwathanarat Annop、Nakamura Ko、Kotake Kei、Mori Koji、M?ller Ewald、Takiwaki Tomoya、Tanaka Masaomi、Tominaga Nozomu、Tsunemi Hiroshi
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 856 Pages: 18~18

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aab092

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The Hyper Suprime-Cam SSP Survey: Overview and survey design2017

    • Author(s)
      Aihara Hiroaki、et al.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 70 Pages: S4~S4

    • DOI

      10.1093/pasj/psx066

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A challenge to identify an optical counterpart of the gravitational wave event GW151226 with Hyper Suprime-Cam†2017

    • Author(s)
      Utsumi Yousuke、Tominaga Nozomu、Tanaka Masaomi、et al.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 70 Pages: 1~1

    • DOI

      10.1093/pasj/psx125

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Kilonova from post-merger ejecta as an optical and near-Infrared counterpart of GW1708172017

    • Author(s)
      Tanaka Masaomi、Utsumi Yousuke、Mazzali Paolo A.、Tominaga Nozomu、et al.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 69 Pages: 102~102

    • DOI

      10.1093/pasj/psx121

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] J-GEM observations of an electromagnetic counterpart to the neutron star merger GW1708172017

    • Author(s)
      Utsumi Yousuke、Tanaka Masaomi、Tominaga Nozomu、et al.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 69 Pages: 101~101

    • DOI

      10.1093/pasj/psx118

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] SN 2016jhj at redshift 0.34: extending the Type II supernova Hubble diagram using the standard candle method2017

    • Author(s)
      de Jaeger T.、Galbany L.、Filippenko A. V.、Gonz?lez-Gait?n S.、Yasuda N.、Maeda K.、Tanaka M.、Morokuma T.、Moriya T. J.、Tominaga N.、Nomoto K.、Komiyama Y.、Anderson J. P.、Brink T. G.、Carlberg R. G.、Folatelli G.、Hamuy M.、Pignata G.、Zheng W.
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 472 Pages: 4233~4243

    • DOI

      10.1093/mnras/stx2300

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Classification of extremely metal-poor stars: absent region in A(C)?[Fe/H] plane and the role of dust cooling2017

    • Author(s)
      Chiaki Gen、Tominaga Nozomu、Nozawa Takaya
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

      Volume: 472 Pages: L115~L119

    • DOI

      10.1093/mnrasl/slx163

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] OISTER optical and near-infrared monitoring observations of peculiar radio-loud active galactic nucleus SDSS?J110006.07+442144.32017

    • Author(s)
      Morokuma Tomoki、et al.
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 69 Pages: 82~82

    • DOI

      10.1093/pasj/psx075

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A hybrid type Ia supernova with an early flash triggered by helium-shell detonation2017

    • Author(s)
      Jiang Ji-an、et al.
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 550 Pages: 80~83

    • DOI

      10.1038/nature23908

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger2017

    • Author(s)
      Abbott B. P.、et al.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 848 Pages: L12~L12

    • DOI

      10.3847/2041-8213/aa91c9

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Blocking Metal Accretion onto Population III Stars by Stellar Wind2017

    • Author(s)
      Tanaka Shuta J.、Chiaki Gen、Tominaga Nozomu、Susa Hajime
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 844 Pages: 137~137

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa7e2c

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A new, faint population of X-ray transients2017

    • Author(s)
      Bauer Franz E.、et al.
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 467 Pages: 4841~4857

    • DOI

      10.1093/mnras/stx417

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Light-curve and spectral properties of ultrastripped core-collapse supernovae leading to binary neutron stars2017

    • Author(s)
      Moriya Takashi J.、Mazzali Paolo A.、Tominaga Nozomu、Hachinger Stephan、Blinnikov Sergei I.、Tauris Thomas M.、Takahashi Koh、Tanaka Masaomi、Langer Norbert、Podsiadlowski Philipp
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 466 Pages: 2085~2098

    • DOI

      10.1093/mnras/stw3225

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Properties of Relativistic Outflows with Turbulent Magnetic Field and Its Dissipation2018

    • Author(s)
      S. J. Tanaka
    • Organizer
      Dawn of a new era for black hole jets in active galaxies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GW170817の電磁波追観測 Electromagnetic follow-up observations of GW1708172018

    • Author(s)
      冨永望
    • Organizer
      日本物理学会2018年春季年会
    • Invited
  • [Presentation] GW170817: すばる望遠鏡HSCを用いた可視光対応天体の探索2018

    • Author(s)
      冨永望
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
  • [Presentation] On the Radio-emitting Particles of the Crab Nebula: Stochastic Acceleration Model2017

    • Author(s)
      S. J. Tanaka
    • Organizer
      Pulsar Astrophysics: The Next Fifty Years (IAU Symposium 337)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Confinement of Pulsar Wind Nebulae by Their Supernova Remnants and Magnetic Dissipa- tion2017

    • Author(s)
      S. J. Tanaka
    • Organizer
      Physics of Neutron Stars 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Blocking metal accretion onto population III stars by stellar wind2017

    • Author(s)
      S. J. Tanaka
    • Organizer
      OMEG2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Induced Compton Scattering off Anisotropic Radiation2017

    • Author(s)
      S. J. Tanaka
    • Organizer
      Sixth International Conference on High Energy Density Physics (ICHED 2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Supernova Nucleosynthesis2017

    • Author(s)
      Nozomu Tominaga
    • Organizer
      OMEG2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Supernova nucleosynthesis and extremely metal-poor stars2017

    • Author(s)
      Nozomu Tominaga
    • Organizer
      A Celebration of CEMP and a Gala of GALAH 2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Search for an optical/NIR counterpart of GW1708172017

    • Author(s)
      Nozomu Tominaga
    • Organizer
      Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Searches for Electromagnetic Counterparts of Gravitational Waves2017

    • Author(s)
      Nozomu Tominaga
    • Organizer
      Neutron Star Mergers and Galactic Chemical Evolution
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-09-01  

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