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2022 Fiscal Year Research-status Report

Study of black hole-neutron star binary mergers in the era of multi-messenger astronomy

Research Project

Project/Area Number 19K14720
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

久徳 浩太郎  京都大学, 理学研究科, 准教授 (30757125)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords宇宙物理 / 重力波 / 相対論 / ブラックホール / 中性子星
Outline of Annual Research Achievements

この若手研究の本来の期間中に遂行する予定であり実際に遂行した研究課題の延長として、GW190425のように全質量が大きくブラックホール・中性子星連星か連星中性子星かの峻別が難しい系に対し、ニュートリノ・磁場を取り入れた一般相対論的シミュレーションを遂行している。目標は本来の計画と共通しており、2023年度から開始する重力波検出器ネットワークLIGO-Virgo-KAGRAのO4観測でも、またそれ以降の感度を向上させた観測でも期待されるGW190425に類似した重力波イベントに対し、電磁波を交えたマルチメッセンジャー観測によって連星の種類を峻別し、さらに系の具体的な情報をより正確に取り出すことである。そのために連星の合体後にどの程度の質量がどの程度の速度や中性子過剰度で放出され、さらにガンマ線バーストを駆動すると期待されるジェットが射出されるかを、合体前から合体後にかけて一貫した計算により調べている。今年度はGW190425に相当する連星中性子星に対し、物理時間にして合体後1秒までのシミュレーションを行い、物質放出ならびにジェット駆動の全体的な描像を導出し、それらの定量的な特徴も把握するに至った。今後は解像度を上げたシミュレーションも実行し、計算結果の収束性を筆頭に計算の妥当性を確認した上で、論文にまとめる予定である。他にも類似の計算を様々な系に対して共同研究者とともに遂行し、随時論文として公開・出版している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

共同研究者に恵まれたこともあって低質量連星合体や降着円盤風の系統的調査が迅速に進み、さらに初年度に検出されたGW190425に対し既に研究成果が応用されたことを受け、計画していなかったニュートリノ磁気流体数値相対論計算を実施する段階に至ったため。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、ニュートリノ輸送・磁気流体効果を取り入れた連星合体計算を進め、元素合成や電磁波放射の理解につなげる。

Causes of Carryover

コロナ禍に加え世界情勢に伴う航空券の高騰によりまだ頻繁に長期間の出張ができなかったことに加え、為替事情も相まって大規模な発注に望ましい機会が少なかったため。改めて、大規模計算の結果の解析のために大きなメモリを積んだ計算機を購入しようと検討しているが、計算結果が増えたためにHDDなど記憶装置も必要となる見込みであり、計算機の性能は再検討する。

  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] マックスプランク重力物理学研究所/イェーナ大学/ポツダム大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      マックスプランク重力物理学研究所/イェーナ大学/ポツダム大学
  • [Int'l Joint Research] フロリダ・アトランティック大学/ワシントン大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      フロリダ・アトランティック大学/ワシントン大学
  • [Journal Article] Comprehensive Study of Mass Ejection and Nucleosynthesis in Binary Neutron Star Mergers Leaving Short-lived Massive Neutron Stars2023

    • Author(s)
      Fujibayashi Sho、Kiuchi Kenta、Wanajo Shinya、Kyutoku Koutarou、Sekiguchi Yuichiro、Shibata Masaru
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 942 Pages: 39~39

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac9ce0

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quasinormal modes of Schwarzschild black holes on the real axis2023

    • Author(s)
      Kyutoku Koutarou、Motohashi Hayato、Tanaka Takahiro
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 107 Pages: 044012

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.107.044012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gravitational Wave Signal for Quark Matter with Realistic Phase Transition2023

    • Author(s)
      Fujimoto Yuki、Fukushima Kenji、Hotokezaka Kenta、Kyutoku Koutarou
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 130 Pages: 091404

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.130.091404

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] General-relativistic neutrino-radiation magnetohydrodynamic simulation of seconds-long black hole-neutron star mergers2022

    • Author(s)
      Hayashi Kota、Fujibayashi Sho、Kiuchi Kenta、Kyutoku Koutarou、Sekiguchi Yuichiro、Shibata Masaru
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: 023008

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.023008

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] How many extragalactic stellar mass binary black holes will be detected by space gravitational-wave interferometers?2022

    • Author(s)
      Seto Naoki、Kyutoku Koutarou
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 514 Pages: 4669~4675

    • DOI

      10.1093/mnras/stac1561

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigating GW190425 with numerical-relativity simulations2022

    • Author(s)
      Dudi Reetika、Adhikari Ananya、Br?gmann Bernd、Dietrich Tim、Hayashi Kota、Kawaguchi Kyohei、Kiuchi Kenta、Kyutoku Koutarou、Shibata Masaru、Tichy Wolfgang
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: 084039

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.084039

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 重力波天文学と状態方程式の制限2022

    • Author(s)
      久徳浩太郎
    • Organizer
      低エネルギー核物理と高エネルギー天文学で読み解く中性子星
    • Invited
  • [Presentation] 実軸上のブラックホール準固有振動2022

    • Author(s)
      久徳浩太郎
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] Coalescences of black hole-neutron star binaries2022

    • Author(s)
      Koutarou Kyutoku
    • Organizer
      The Third Gravi-Gamma Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quasinormal modes of Schwarzschild black holes on the real axis2022

    • Author(s)
      Koutarou Kyutoku
    • Organizer
      Cosmology and Particle Astrophysics in 2022 (CosPA 2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 実軸上のブラックホール準固有振動2022

    • Author(s)
      久徳浩太郎
    • Organizer
      第35回理論懇シンポジウム

URL: 

Published: 2023-12-25  

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