2020 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical study on supernova neutrinos
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20K14457
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
加藤 ちなみ 東北大学, 工学研究科, 助教 (40850946)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超新星爆発 / 大質量星 / 前兆ニュートリノ / ニュートリノ集団振動 / 超新星ニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大質量星の進化は親星の進化段階，超新星爆発段階，そして爆発後に中心部に残る原始中性子星の冷却段階に分けられる．ニュートリノは全段階の進化において重要な役割を果たし，これらの観測を通して恒星内部における熱力学状態や爆発メカニズムに関する重要な情報を得るツールとなる．しかし，未だに調べられていない点や正確に扱われていない現象が残されている．そこで，本研究ではそれらの調査・解決に取り組み，最終的には全段階にわたる首尾一貫したニュートリノ光度やスペクトルを長時間にわたって計算することを目標とする．
今年度は①前兆ニュートリノ観測を用いた恒星進化理論に対する制限可能性の調査および②ニュートリノ集団振動による超新星ニュートリノスペクトルへの影響の調査を行った．まず，課題①について，親星の進化を左右する計算の空間解像度，核種数，質量放出に注目し，これらが前兆ニュートリノ放出に与える影響を調査した．これにより，前兆ニュートリノの光度が恒星中心部の物理量によって大きく変化することが分かった．また，ニュートリノ光度の依存性は各フレーバーに対して支配的なニュートリノ放出過程の依存性と一致していることも分かった．
次に，課題②では，ニュートリノ集団振動が超新星ニュートリノスペクトルに与える影響を従来とは異なるモンテカルロ輸送計算コードを用いて調査する．具体的に今年度は，すでに開発していた古典的なモンテカルロ輸送計算コードに対してニュートリノ振動の実装を行い，簡易的なセットアップのテスト計算を通して本コードが精度よくニュートリノ振動を扱うことができていることを確認した．また，物質とニュートリノ散乱の効果もコードに実装し，散乱が集団振動のふるまいに与える影響の調査を行った．これについては来年度も引き続き継続して行っていく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では，①前兆ニュートリノ観測を用いた恒星進化理論に対する制限可能性の調査および②ニュートリノ集団振動による超新星ニュートリノスペクトルへの影響の調査を行う予定となっていた．そして，今年度はこの計画を予定通りに実施し，①の結果に対する２本の主著論文の掲載および２件の口頭発表、②の結果に対する１本の主著論文の掲載および３件の口頭発表を行っている．よって，研究計画の進捗具合や成果どちらについても非常に順調に進んでいると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は昨年度に引き続いて②ニュートリノ集団振動による超新星ニュートリノスペクトルへの影響の調査を行い，新しく③PNS冷却段階における修正ウルカ過程の影響の調査の課題に取り組み始める．
具体的に，課題②については今年度開発したモンテカルロ輸送計算コードを用いて集団振動のより大きなスケールの漸近挙動を調査し，それを爆発の数値計算に組み込む方法の考案を行う．そして，ここで得られたスペクトルを用いて超新星ニュートリノの観測予想を行い，従来予想との比較を行う．また，集団振動が爆発のダイナミクスに与える影響についても明らかにする．
次に，課題③については，PNS冷却段階のニュートリノ放出において重要となる直接ウルカ過程と修正ウルカ過程に注目した研究を行う．修正ウルカ過程由来のニュートリノはエネルギーが低いため観測不可能とされており，これまでの計算に組み込まれていなかった．しかし，観測技術の発展によりその可能性がでてきたため，本研究では修正ウルカ過程をPNS冷却計算に組み込み，冷却過程が移り変わる様子を定量的に調べてそれらの観測可能性を議論する．具体的に，修正ウルカ過程によるニュートリノ放出を場の理論を用いて定式化する．その後，共同研究者が開発したPNS冷却計算コードにこれを組み込み，爆発から数分までの長時間計算を行う．得られたニュートリノ光度とスペクトルから観測装置における検出数を見積もり，冷却過程の移り変わりと爆発後のどの時間までニュートリノが観測可能かについて議論する．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの蔓延により予定していた全ての海外出張や国内研究会への旅費が必要なくなったため，次年度に繰り越し現在使用しているモンテカルロ輸送計算コードの開発およびアップデートをより効率的に進めるために自身のワークステーションの購入を行うように計画を変更した．
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Research Products
(10 results)
