General relativistic rotating stars for evolution in the Lagrangian description

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03953
• 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: Waseda University
• Principal Investigator: Okawa Hirotada 早稲田大学, 高等研究所, 准教授(任期付) (40633285)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 相対論的回転星 / 非線形連立方程式 / 星の進化

Outline of Final Research Achievements

By this project, we can now solve the structure of a rotating star in general relativity in the Lagrangian formulation. It is equivalent to solve nonlinear partial differential equations numerically, which leads to solving a set of nonlinear equations. One uses the Newton-Raphson method to find the solution of a set of nonlinear equations, but needs an initial guess close to the solution. By the W4 method we proposed in this project, we show that it is possible to find the solution from the initial guess with which the Newton-Raphson method fails. We analyze the evolution of relativistic rotating stars.

Free Research Field

宇宙物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

まず本研究成果により、これまでのような角運動量や状態方程式への仮定なしでは追うことが不可能と思われてきた回転星の進化が計算できるようになった。５０年ほどの相対論的回転星構築の歴史に新たな一歩を示すことができたと考えている。また、本研究は一般相対論的か否かによらず応用可能な手法となっており、白色矮星や大質量星など多くの応用が考えられる。さらに、本研究の過程で提案した非線形連立方程式の解法であるＷ４法は、これまで唯一と思われてきたニュートン・ラフソン法で解けないような問題に適用可能であると考えられるため、その波及効果は極めて大きいと考えられる。