2022 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of the explosion mechanism and the final stage of massive stars via observations of gravitational waves from supernova explosion with rotation
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21H01088
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
祖谷 元 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70386720)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
滝脇 知也 国立天文台, 天文シミュレーションプロジェクト, 准教授 (50507837)
富樫 甫 東北大学, 理学研究科, 助教 (70733939)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 宇宙物理 / 重力波 / 超新星爆発 / 状態方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子星や原始中性子星を記述する状態方程式は未だ決まっていない。これは主に中性子星内部の密度が原子核密度よりずっと高いことから、地上実験からはそのような高密度領域の情報を直接検証できないことに由来する。そのため、状態方程式の高密度領域側は中性子星が絡む天体観測から制限をするしかない。一方、低密度側は地上の原子核実験から制限が可能かもしれない。つまり、質量が小さい（中心密度が低い）中性子星は原子核実験と親和性が高いことが期待される。そこで、我々は原子核実験から得られる情報を用いて低質量中性子星の構造を系統的に調べた結果、中性子星の質量や半径を記述する経験則の導出に成功した。これにより、原子核実験の結果を用いて中性子星の質量や半径を直接記述することが可能となり、原子核物理と宇宙物理を結びつけた議論ができるようになった。
一方、中性子星クラストにおけるズレ振動はクラストが弾性体であることに由来した振動モードであるが、強磁場中性子星（マグネター）における巨大フレア現象の減衰過程で観測された準周期的振動を説明するために重要だと考えられている。クラストのズレ振動はズレ弾性率が重要な物理量となるが、これまでの計算ではクラストを構成する原子核のサイズ効果は無視されてきた。そこで、今回、この効果を取り入れた解析を行った結果、100ヘルツ程度のクラスト振動においては、サイズ効果は無視できないということを示した。
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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
中性子星や原始中性子星を記述する状態方程式は未だ確定していないが、今回、原子核実験から得られる物理量を用いて、直接中性子星の質量や半径の議論ができるようになった。これにより、今後重力波星震学の理解が進めば、重力波振動数を原子核実験から得られる物理量で直接議論できるようになるかもしれない。また、中性子星のクラスト領域における物理に対する制限の可能性も示せた。
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| Strategy for Future Research Activity |
有効重力ポテンシャルを用いることで相対論的な効果を取り入れたニュートン重力での数値シミュレーションを行い、その結果を用いて、これまでの超新星重力波の星震学的な解析は行ってきた。しかし、相対性理論のもと数値シミュレーションを行った場合とどの程度結果が違うのかは確認しておくべきことである。そこで、まずは、相対論的な超新星爆発シミュレーションを行い、その上での振動解析をし、これまでの結果との比較を行う。
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