2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24244028
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
柴田 大 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (80252576)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田越 秀行 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30311765)
木内 建太 京都大学, 基礎物理学研究所, 研究員 (40514196)
関口 雄一郎 京都大学, 基礎物理学研究所, 研究員 (50531779)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 重力波 / 中性子星 / ブラックホール / 重力崩壊 / 数値相対論 / ガンマ線バースト / キロノヴァ / ｒ過程重元素合成 |
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| Research Abstract |
本研究は６つの課題からなるがそれぞれが順調に進んだので、以下では25年度特に注目に値する成果を記載する。連星中性子星合体の研究については、合計７つの状態方程式を用い、連星の個々の質量を変化させながら系統的にシミュレーションを行った。特に合体後放出される物質とその性質に注目した。状態方程式に依存するが太陽質量の0.1-1%程度の質量放出を確認し、特に中性子星の半径が小さい場合には衝撃波加熱が重要な役割を果たし、太陽質量の1％程度の物質がほぼ等方的に飛び散ることが判った。典型的な放出速度は光速度の20％程度である。シミュレーション後は放出される物質をモデル化し、それがその後どのように光るかについて調べた。その結果、典型的な光度は太陽光度の約１億倍であり、またそれは近赤外領域で最も明るく、約10日ほど輝くことが判った(共同研究者の仏坂と田中が論文)。このような突発的天体はキロノヴァと呼ばれる。ブラックホール・中性子星連星の合体の研究についても、質量放出に着目し研究を進め、ブラックホールのスピンが大きく、中性子星の半径が大きい時に、効率的に質量放出が起き、ブラックホールのスピンが0.7程度の時には、典型的に太陽質量の1―10％の質量が異方的に放出されることが判った(論文久徳他)。さらに田中氏の協力の下、放出物質が如何に光るか調べ、やはり近赤外領域に最高光度を持つことが判った。また継続時間は10日弱である。このような研究の最中に、ガンマ線バースト130603Bに付随して、まさにキロノヴァに対応すると思われる現象が初めて発見された。そこでこの現象を説明すべく解析を行い、半径の小さい中性子星同士の合体か、あるいはスピンの大きいブラックホールと中性子星の合体であれば、この現象が説明できることを明らかにした(仏坂他)。数値相対論が天文観測に初めて実践的に役立った研究成果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では連星中性子星やブラックホール・中性子星連星の合体は、重力波源あるいはガンマ線バーストの発生源として認識しており、それらの特徴を主に調べることを考えていた。そしてそれらの研究は順調に進んでいる。これらに加えて、質量放出を通じてキロノヴァと呼ばれる突発的天体現象を起こし、さらにそれが観測可能であることが示せた。しかも25年度にそれに対応すると思われる現象が見つかり、それを説明することにまで役立つことができ、共同研究の幅がさらに広がるとともに、重力波源のもつ基礎物理学を理解するうえでの大きな可能性を示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでとおり、重力波源から重力波の波形を導出し、それを解析することを第一の目的とするが、同時に高光度電磁波放射源としての性質の研究にも力を注ぎたい。これは来る重力波天文学の創生に資する重要な研究になる。
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