2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study of non-spherical core-collapse supernovae by the first principle calculation and nuclear physics
| Project/Area Number |
20H01905
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Technology(KOSEN),Numazu College |
|---|
Principal Investigator |
住吉 光介 沼津工業高等専門学校, 教養科, 教授 (30280720)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 了 国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 基礎科学特別研究員 (80844795)
古澤 峻 関東学院大学, 理工学部, 講師 (40737251)
松古 栄夫 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 計算科学センター, 助教 (10373185)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 超新星 / 爆発メカニズム / ニュートリノ / 原子核 / 高温高密度物質 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
重い星の最期に起こる超新星爆発現象のメカニズム解明では、高温高密度物質におけるニュートリノ反応・伝播が鍵を握っている。ニュートリノによる加熱と対流などのダイナミクス計算は今まで近似手法で行われ、その不定性のため爆発の可否は未定である。本研究は、ニュートリノ輻射流体の厳密計算により非球対称超新星爆発メカニズムの本質を探り、最新の核物理による状態方程式を組み込み高温高密度物質の役割を確定することが目的である。2022年度は前年度までに判明した状態方程式の影響についての結果をもとに、2次元軸対称の爆発シミュレーション計算モデル系列を増やして、高温高密度物質における組成の違いの影響を調べた。このとき、状態方程式の固さの違いによる影響と切り分けるためにモデル群を設定して、原子核組成の違いがバウンス直後に起きる対流の発生や衝撃波伝播の歪みへ与える影響を探った。親星の違い・初期擾乱の違いについて着目して新たなシミュレーションによりバウンス後の時間発展を得ることができた。一方、一般相対論におけるボルツマン方程式を用いたニュートリノ輻射輸送と流体力学を解く計算コードの開発が進み原始中性子星における対流の様相とニュートリノシグナルへの影響を明らかにした。また球対称における一般相対論的ニュートリノ輻射流体計算により高密度核物質と原子核組成の違いによる影響を分別して明らかにすることができた。また、実行済みのシミュレーション計算のデータ解析をもとにしてニュートリノ観測イベント予測をおこなって、その特性から内部情報を引き出す道筋を構築した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、ニュートリノ輻射輸送を扱うボルツマン方程式を厳密に解く手法を駆使し、最新の核物理を組み込んだ多次元的な爆発シミュレーション計算により爆発メカニズムを解明する計画を立てている。第一原理的なシミュレーション計算であるため、大学・研究機関のスーパーコンピュータ群における大規模計算資源を必要とし、モデル計算には半年以上の月日がかかっている。また、予想外の計算上の問題が発生すれば計算コード改良の対応が必要となる場合もある。今年度の研究では組成の取り扱いが異なる状態方程式を用いて必要な時間領域に焦点をあてた比較計算を実行できた点、一般相対論的なニュートリノ輻射流体計算により原始中性子星内部の対流を明らかにすることができた点が大きな進展である。前者においては、親星が違う場合についての比較、初期擾乱を変えた場合の影響を探る数値シミュレーションを実施することができた。これらの計算結果の解析が進んでいるが、違いの大きさが想定よりも小さく相互の比較の取りまとめには時間がかかっている。後者については、一般相対論的なボルツマン方程式によるニュートリノ輻射輸送と一般相対論的流体力学を組み合わせた数値シミュレーションに成功して原始中性子星内で起こる対流の時間発展を記述できたことは画期的である。アインシュタイン方程式を解く計算コードの開発とテストが行われ、すべてを統合した完全第一原理計算コードの開発が進んでいる。統合計算コードの開発および検証には難しい面があり、予定よりもやや遅れた進展となっている。球対称計算コードによる状態方程式の影響の解明やニュートリノ放射に関するシミュレーションデータに基づいた観測シグナル予測および内部情報を引き出すツールの開発などは想定よりも進んでいる。これらの研究成果は査読論文や学会・研究会などで発表が行われた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究については、基本的には申請時の年次計画に沿って進行していくことで問題ないと判断する。ただし、天文分野における新たな観測や、原子核分野における新たな実験データなどによる状態方程式の制限などにより、研究の順番や方向を常に改善していく必要はある。また、計算機資源の確保状況やシミュレーション実行の進展によっては研究計画を見直す場合もある。2023年度は研究計画の最終段階であるため、状態方程式の多次元爆発への影響の探索および一般相対論でのニュートリノ輻射流体計算による爆発シミュレーション実現が節目となる。前者は原子核組成の違いによるバウンス後の対流と衝撃波伝播の歪みについての計算の拡大を図ると共に、詳細の解析を進めて影響の普遍性を示すことが課題となる。後者については、鉄コアの重力崩壊からスタートした本格的な時間発展計算をスタートさせて、多次元爆発に至る過程までを一般相対論的ニュートリノ輻射流体計算による完全第一原理計算で記述することが課題となる。これにより最終的な目標である原子核物理の不定性による影響の決定に近づくことになる。また、ニュートリノと重力波の同時予測が可能となるため、シミュレーション計算のデータをもとに、観測イベントから内部の構造やダイナミクスを探る道筋を整備することも並行して行いたい。新型コロナ感染症対策による制限緩和により2023年度には研究メンバーが直接集まる機会が増えると予想される。今後の研究発展について自由な意見交換を行うための交流を行いたいと考えている。
|
