Comprehensive studies on the multidimensional evolution of massive stars to neutron stars and black holes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01083
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• 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: Yamada Shoichi 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80251403)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超新星 / 中性子星 / ブラックホール / ニュートリノ / 重力波 / 自転 / 対流 / シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

Massive stars are rotating rapidly in general. We aim to investigate the effects of the rotation on the quasisteady evolutions as well as on the dynamics of gravitational collapse and formation of compact objects such as neutron stars and black holes. In this project we have developed some numerical tools needed to achieve this goal and applied them to some particular problems. More concretely, we have established an original formulation to numerically construct evolutionary sequences of rotational-equilibrium configurations and applied it to the evolution of rotational white dwarfs. On the other hand, we have integrated the general relativistic hydrodynamics code, neutrino transport code and Einstein-equation solver that we had built over the years for dynamical simulations and employed them for the studies of the roles of convection and rotation in the proto-neutron stars.

Free Research Field

理論宇宙物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来、自転する恒星の進化計算は角度方向に平均をとった球対称モデルに基づいて行われてきた。しかし、基礎方程式が非線形であるため、平均の進化は進化の平均と一致しない。このため、平均を取らずに進化計算をすることが必要である。本研究では独自の定式化を行い、自転する恒星の進化計算を可能とするための基盤を確立した。また、大質量星が進化の最後に起こす重力崩壊と中性子星またはブラックホールの形成を人為的な仮定やモデルを用いることなく計算するための数値シミュレーションコードも開発し、原始中性子星の冷却段階等に応用し、対流と自転がニュートリノや重力波放射に与える影響を調べることに成功した。