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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Understanding supernova gravitational waves and establishing protoneutron star asteroseismology

Research Project

Project/Area Number 19KK0354
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

祖谷 元  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70386720)

Project Period (FY) 2020 – 2023
Keywords宇宙物理 / 超新星爆発 / 重力波 / 状態方程式
Outline of Annual Research Achievements

コンパクト連星系の合体に次ぐ重力波源として、超新星爆発が期待される。超新星爆発に伴う重力波シグナルは、これまで主に数値シミュレーションにより議論されてきた。これに対して、我々は、数値的に求められた重力波シグナルの背後の物理を理解するために、超新星爆発後に生まれる原始中性子星における線形解析を行っている。その結果、無回転の場合、超新星重力波は、コアバウンス後の各時刻における原始中性子星の基本振動に伴う重力波でうまく記述できることがわかった。また、超新星モデルに依存しない形で、重力波振動数を原始中性子星の平均密度で普遍的に表せることも示した。
一方、原始中性子星における星震学を用いた自転を伴う超新星爆発からの重力波は、未だ議論されていない。そこで、自転を伴う原始中性子星における星震学を確立すべく議論を進めている。特に、数値シミュレーションから得られる原始中性子星はより複雑であるため、まずは、高速回転する冷たい中性子星からの重力波振動数を線形解析により求めることを目指している。そのために、2022度からドイツ訪問を繰り返し、数値コードの作成を行っている。まずは、剛体回転する中性子星モデルを構築するところから始めた。その後、得られた中性子星を背景モデルとして、星震学的に振動数を求めるための数値コードの作成を行った。高速回転を伴う中性子星における星震学では、2次元摂動方程式の時間発展を解く必要があるが、多くの場合、数値不安定性のために長時間発展を計算することは困難である。本件でも、同様の不安定性が現れたため、その不安定性を除去すべく試行錯誤を繰り返している。
他方、中性子星のクラストにおける線形解析も実行した。特に、非線型結合の効果を取り入れた解析であるが、数値的不安定性もなく長時間発展が可能であることがわかった。そのため、数値不安定性を除去する鍵は中性子星中心部であると考えられる。

  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] ジョンズ・ホプキンズ大学(米国)2023

    • Year and Date
      2023-05-07 – 2023-05-24
    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ジョンズ・ホプキンズ大学
    • Co-investigator Overseas
      Emanuele Berti
    • Department
      Physics & Astronomy
    • Job Title
      教授
  • [Int'l Joint Research] テュービンゲン大学(ドイツ)2022

    • Year and Date
      2022-05-15 – 2022-06-04 | 2022-06-262022-07-30 | 2022-11-202022-12-17 | 2023-01-262023-02-24 | 2023-06-112023-07-14 | 2023-10-052023-11-11 | 2024-01-042024-02-07
    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      テュービンゲン大学
    • Co-investigator Overseas
      Kostas D. Kokkotas
    • Department
      Astronomie und Astrophysik
    • Job Title
      教授
  • [Journal Article] Shear oscillations in neutron stars and the nuclear symmetry energy2024

    • Author(s)
      Sotani Hajime
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 109 Pages: 023030-1, -12

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.109.023030

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shear and interface modes in neutron stars with pasta structures2023

    • Author(s)
      Sotani Hajime
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 107 Pages: 123025-1, -12

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.107.123025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Neutron star mass-radius constraints using the high-frequency quasi-periodic oscillations of GRB 200415A2023

    • Author(s)
      Sotani H.、Kokkotas K. D.、Stergioulas N.
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: 676 Pages: A65~A65

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202346360

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Universality in quasinormal modes of neutron stars with quark-hadron crossover2023

    • Author(s)
      Sotani Hajime、Kojo Toru
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 063004-1, -8

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.063004

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 超新星重力波における原始中性子星の普遍的な物理量2024

    • Author(s)
      祖谷元
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] SN GWs and asteroseismology2023

    • Author(s)
      Hajime Sotani
    • Organizer
      LIGO-Virgo-KAGRA collaboration meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Neutron star mass and radius constraints using the high-frequency QPOs of GRB 200415A2023

    • Author(s)
      Hajime Sotani
    • Organizer
      4th Quarks and Compact Stars workshop (QCS2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Constraint on the mass and radius of GRB 200415A using the high-frequency QPOs2023

    • Author(s)
      Hajime Sotani
    • Organizer
      Hawaii 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Asteroseismology of Neutron Stars2023

    • Author(s)
      Hajime Sotani
    • Organizer
      Joint RIKEN/N3AS Workshop on Multi-Messenger Astrophysics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クラスト振動によるGRB 200415Aの質量半径の制限2023

    • Author(s)
      祖谷元
    • Organizer
      ~中性子星の観測と理論~ 研究活性化ワークショップ 2023

URL: 

Published: 2024-12-25  

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