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2012 Fiscal Year Research-status Report

大質量星重力崩壊とブラックホール形成に対する数値的研究

Research Project

Project/Area Number 24740163
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

木内 建太  京都大学, 基礎物理学研究所, 特定研究員 (40514196)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords重力波 / 数値相対論 / 高エネルギー天体現象
Research Abstract

本研究の目的は大質量星重力崩壊におけるブラックホール形成に対する理論的研究を数値的相対論の枠組みで行い、その過程を詳細に解き明かす事である。数値的相対論とは一般相対性理論の基礎方程式であるアインシュタイン方程式、磁気流体力学方程式、ニュートリノ輻射場の式を連立させ数値的に解くことで強重力場中の現象を第一原理的に解き明かすことを目的とした研究分野である。特に本研究では大質量星重力崩壊を研究ターゲットとし、ブラックホール形成過程におけるニュートリノ、磁場の効果を明確にすること目的とする。この為には、大規模コンピューターを用いた数値シミュレーションが必須となる。
本年度は大規模数値計算に向けた数値コードの作成とチューニングを行った。中性子星やブラックホールの典型的サイズはキロメータであるのに対し、重力波の波長は数百キロ程度である。すなわち非常に大きなダイナミカルレンジに渡る問題となるが、この困難を解決する策として解像度の異なる格子を組み合わせる多層格子法が有用とされる。一方、磁気流体計算ではモノポールなし条件と磁気フラックス保存は数値シミュレーション中で保証されるべき条件であるが、上記の入れ子格子法の実装と両条件の成立を同時に保証することは非自明である。そこで本年度はこの問題を解決するコードを作成し、さらに大規模コンピューターの性能を引き出すためにコードのチューニングを行った。
続いて、作成したコードを用いて磁場大質量中性子星の進化を三次元シミュレーションで追跡した。磁場増幅や不安定モードの発生を発見しそのメカニズムについて議論した。この研究は本研究の主題に関する準備研究と位置付けられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究計画では、初年度には大質量星の重力崩壊を磁場なしの枠組みでまず行う予定であった。しかし、研究を進める過程で磁気流体の効果を取り込むことは本質的に重要である事が判明した為、当初の予定を変更し初年度から磁気流体効果を取り込んだ数値コードの作成を行った。また磁気流体効果を適切に取り入れることは十分な解像度で数値シミュレーションを行うことと直結する為、スーパーコンピューターの性能を十分に引き出すチューニングが必要となる。本年度ではこの2点を重点的に進めたため、当初より計画がやや遅れている。しかし、信頼性の高いコードの構築と十分な性能を引き出すことに成功した為、本年度以降は順調に研究が進展すると予想している。

Strategy for Future Research Activity

本年度は24年度に作成した磁気流体コードとニュートリノ輸送コードの統合を行う。各々のコードは既に完成している為、その統合にはあまり時間がかからないと予想される。作成したコードを用いて重力崩壊計算をスタートする。結果を基に重力波波形、ニュートリノ光度を定量的に見積もり観測可能性を議論するとともに、ガンマ線バースト中心動力源の可能性について議論する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

該当なし

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] The mass ejection from the merger of binary neutron stars2012

    • Author(s)
      Kenta Hotokezaka, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Hirotada Okawa, Y.-ichiro Sekiguchi, Masaru Shibata and Keisuke Taniguchi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 87 Pages: 024001-1-27

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.87.024001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three dimensional evolution of differentially rotating magnetized neutron stars2012

    • Author(s)
      Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku and Masaru Shibata
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 86 Pages: 064008-1-18

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.86.064008

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stably stratified magnetized stars in general relativity2012

    • Author(s)
      Shijun Yoshida, Kenta Kiuchi, and Masaru Shibata
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 86 Pages: 044012-1-16

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.86.044012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gravitational waves and neutrino emission and effects of hyperons in binary neutron star mergers2012

    • Author(s)
      Kenta Kiuchi, Yuichiro Sekiguchi, Koutarou Kyutoku and Masaru Shibata
    • Journal Title

      Classcial and Quantum Gravity

      Volume: 29 Pages: 124003-1-8

    • DOI

      10.1088/0264-9381/29/12/124003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Current Status of Numerical-Relativity Simulations in Kyoto2012

    • Author(s)
      Yuichiro Sekiguchi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku and Masaru Shibata
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 01A304 Pages: 1-49

    • DOI

      10.1093/ptep/pts011

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 磁場連星中性子星合体の数値相対論シミュレーション

    • Author(s)
      木内建太,久徳浩太郎,関口雄一郎,柴田大,仏坂健太
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県)
  • [Presentation] 数値相対論

    • Author(s)
      木内建太
    • Organizer
      第25回理論懇シンポジウム
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県)
    • Invited
  • [Presentation] 高速回転磁場中性子星進化の三次元一般相対論的磁気流体シミュレーション

    • Author(s)
      木内建太,久徳浩太郎,柴田大
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      京都産業大学(京都大学)
  • [Presentation] General relativistic simulations of magnetized binary neutron star merger

    • Author(s)
      Kiuchi, Kenta
    • Organizer
      JGRG22
    • Place of Presentation
      東京大学ビックバン宇宙国際研究センター(東京都)
  • [Presentation] General Relativistic Simulation of Magnetized Binary Neutron Star Mergers

    • Author(s)
      Kiuchi, Kenta
    • Organizer
      Rattle and Shine: Gravitational Wave and Electromagnetic Studies of Compact Binary Mergers
    • Place of Presentation
      KITP(サンタバーバラ、アメリカ)
  • [Presentation] Black hole-neutron star merger with neutrino cooling

    • Author(s)
      Kiuchi, Kenta
    • Organizer
      Quarks to Universe in Computational Science (QUCS 2012)
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall(奈良県)

URL: 

Published: 2014-07-24  

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