2012 Fiscal Year Annual Research Report
多次元ニュートリノ輻射流体計算コードによる超新星爆発メカニズムの研究
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22540296
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| Research Institution | Numazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
住吉 光介 沼津工業高等専門学校, 教養科, 教授 (30280720)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 理論核物理 / 理論天文学 / ニュートリノ / 輻射輸送 / ボルツマン方程式 / 計算科学 / 流体力学 / 核データ |
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| Research Abstract |
大質量星の進化の最期におこる重力崩壊は、中心コアのバウンスを経て華々しい超新星爆発を起こすと考えられている。爆発か否かを結論づける上での最大の課題はニュートリノ輻射輸送にある。超新星の中心コアではニュートリノが本質的な役割を果たしているが、これまでの研究では、ニュートリノ輻射輸送の計算が球対称あるいは近似のもとでのみ行われてきており、爆発メカニズムを明確に捉えることができなかった。この現状を打破して、ニュートリノ輻射輸送計算を空間３次元で実行可能にすることで、爆発ダイナミクスにおける多次元ニュートリノ輻射輸送の役割を明確にして、超新星爆発の謎にせまる。
平成２４年度は、流体計算コードと結合する開発を進めた。また、３次元超新星計算の現実的なプロファイル等に基づいて、超新星コアにおける多次元ニュートリノ輻射輸送の性質を調べた。
輻射流体計算コードの基本部分は出来上がり、重力崩壊からバウンスへ至るダイナミクスの振舞を記述できた。この時、相対論効果を無視した近似では、ニュートリノ閉込め量を正確に記述することができないことが判明したため、ボルツマン方程式の衝突項における相対論によるエネルギー・角度シフトの記述を取り込む定式化およびコード開発を行い、基本的な振舞を追う事が可能となった。
３次元超新星コアにおけるニュートリノ輻射輸送については、計算コードの大規模並列化、基本チューニング、入出力の並列化、解析コードの整備を行った結果、現時点で最大規模のメッシュ解像度のもとで、３次元ニュートリノ輻射のシミュレーションを行うことが可能となった。また、多次元でポピュラーな近似手法であるRay-by-ray近似による計算も行うことにより、ニュートリノ加熱効果などの近似計算との比較を行った。これによりニュートリノ輻射輸送の爆発への影響を定量的に明らかにする道筋が整い、解析結果を取りまとめている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
（理由）流体計算コードとの連携は進んでいるが、相対論的効果は予想よりも大きな影響を持っていることが判明したため、爆発計算へと進む前に、計算手法をもう一歩進めることを判断した。このため、爆発ダイナミクスの各ステージでのテスト計算を系統的に行う所までは年度内に至らなかった。しかし、３次元ボルツマン方程式において相対論的効果を取り込むことは世界初の試みであり、現在までに開発した手法を爆発計算に応用すれば、世界的に先進的な計算となる。一方、３次元ニュートリノ輻射輸送コードの大規模並列化については予定通り進行しており、３次元超新星コアをカバーする十分な解像度を実現することができた。この成果を論文にまとめている所であり、この点はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
３次元ニュートリノ輻射計算コードと流体計算コードを統合する開発は、世界初の試みであり、多くのテスト計算と改良を繰り返す難事業である。相対論効果を取り込む機能を完成させ次第、重力崩壊から始まるシミュレーション計算へと移行する。この開発には若手研究者が加わっており、開発作業を分割して、それぞれ集中的にコードをテスト開発・計算することができている。今後は、京コンピュータなどの超大規模計算へ向けた計算コード改良やシミュレーションコードのチューニングを本格化する必要がある。行列解法の反復法の改良、MPI並列化、異なるスーパーコンピュータでの計算コード最適化など様々な課題が存在するが、これらについても計算科学分野の研究者・若手研究者を含めての共同研究を展開する体制を整えている。新たに開発した計算手法などについても、研究成果として公表していく予定である。
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