Computing electromagnetic and gravitational-wave signals from neutron star mergers

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00158
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Shibata Masaru 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (80252576)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久徳 浩太郎 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30757125) ; 関口 雄一郎 東邦大学, 理学部, 教授 (50531779) ; 仏坂 健太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50867033) ; 田中 雅臣 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70586429) ; 井岡 邦仁 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (80402759) ; 川口 恭平 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60822210)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 重力波 / 中性子星 / ブラックホール / 中性子星合体 / キロノバ / 元素合成 / ガンマ線バースト / 数値相対論

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this projet was to clarify the details of neutron star mergers, which are the most promising sources of gravitational waves, by making full use of numerical calculations including numerical relativity, and the results were generally as expected. Specifically, we have: (i) understood how mass ejection occurs and what the properties of the ejected material is during the series of processes of neutron star binary mergers and subsequent evolution; (ii) understood how heavy elements are produced from the ejected neutron-rich material; (iii) gained an approximate understanding of how the ejected material shines as kilonovae. (iv) We have made progress in the development of the numerical-relativity codes necessary for calculating radiative magnetohydrodynamics and radiative viscous fluids, and are now ready to proceed quickly with their interpretation when neutron star mergers are observed in the future.

Free Research Field

宇宙物理学(理論)

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中性子星合体は最も有力な重力波源であるとともに、ウランや金など重元素の起源、継続時間の短いガンマ線バーストの起源と考えられている。しかしこれらは仮説であり、今後観測的に証明されなくてはならない。観測的に証明するには、観測を解釈するための理論が不可欠だが、本研究課題ではその理論モデルの確立を目的とした。この研究を世界的に見ても最も高いレベルで我々は行うことができ、日本の研究力の高さを世界に示すことができる。また重元素やガンマ線バーストの起源や発生機構を解き明かすのは半世紀前からの課題だが、これらの難問を解決に導き、教科書や百科事典に新たな知見を提供することで社会的に貢献できる。