Theoretical Study on Shock Breakout Based on Steady Solutions of Relativistic Radiation Mediated Shocks

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03878
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Ito Hirotaka 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (30434278)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ショックブレイクアウト / 衝撃波 / 輻射輸送

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a numerical code that enables the computation of the structure of radiation　mediated shocks (RMSs) from first principles, to explore the nature of shock breakouts associated with phenomena such as supernovae and low-luminosity gamma-ray bursts. Initially, we derived the structure of RMSs prior to the shock breakout, focusing on shocks with propagation speeds ranging from 10% of the speed of light to a Lorentz factor of 20. We then focused on shock breakouts occurring in regions where density gradually decreases, exploring the evolution of the shock structure and the corresponding spectra of radiation released as the breakout progresses, across the same range of propagation speeds.

Free Research Field

宇宙物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では独自の数値手法を用いて、光速の10%以上の速度で伝搬する輻射媒介衝撃波の構造を第一原理から明らかにした。特に、光速の約30%を超過する伝搬速度を持つ衝撃波に対しては、このような第一原理的な手法がその性質を解明する上で不可欠であり、特に衝撃波から光子が解放される効果を実装した計算に関しては世界初の試みである。これにより、これらの高速な衝撃波がブレイクアウトを開始する際の光学的厚みや、解放される光子の放射スペクトルが初めて明らかになった。この成果は超新星やガンマ線バーストの理解を深めるとともに、関連する天体物理学の分野に重要な示唆を与えるものである。