2022 Fiscal Year Annual Research Report
Exploring Axion-like Particles with Core-collapse Supernova Simulations
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21K20369
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
森 寛治 福岡大学, 公私立大学の部局等, ポスト・ドクター (50910816)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | アクシオン / 重力崩壊型超新星爆発 / 宇宙素粒子物理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アクシオン様粒子(axion-like particle; ALP)の輸送を考慮した大質量星の重力崩壊シミュレーションを実施し、超新星爆発のダイナミクスと観測可能量に対する影響を調査した。ALPはいわゆるQCDアクシオンを一般化した素粒子のクラスで、現時点では未発見である。超新星爆発や恒星の内部で実現される高温環境ではALPが生成される可能性があるため、こうした天体現象はALPを探索する有用なツールである。
超新星ALPに関するこれまでの研究では、超新星爆発のモデルに対するALPのフィードバックは考慮されてこなかった。ところが、プラズマ中でのALPの生成・消滅は新しい冷却・加熱過程として働くため、観測可能量に対するALPの影響を議論するためには、この効果を取り入れた超新星モデルの構築が不可欠である。そこで、報告者はそのようなモデルをいち早く開発し、爆発エネルギーおよびニュートリノ・重力波信号に対する影響を議論した。
1年目は、計算量が比較的小さい空間1次元モデルに基づき、議論を行った。ニュートリノ駆動型爆発メカニズムに基づく標準的な1次元モデルは、最も軽い星の場合を除き、爆発に失敗することが知られている。しかし、ALPと光子の結合定数が大きい場合は、ALPによる加熱効果が強く働くため、爆発が成功に転じることをシミュレーションに基づき明らかにした。こうしたモデルの中には爆発エネルギーが観測値よりも著しく大きくなるものもあり、そうした爆発をもたらすALPのパラメータは排除されるべきであると考えられる。
2年目は、上述の1次元モデルを空間2次元に拡張した。その結果をまとめた原著論文を準備中である。1次元モデルとの違いの一つは、重力波信号を予言できることである。今回の2次元モデルによって、ALPが重力波振幅を小さくしうることを世界で初めて示した。
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