2020 Fiscal Year Annual Research Report
Diffuse supernova neutrino background from 3D core-collapse simulations
Publicly Offered Research
| Project Area | Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics |
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| Project/Area Number |
20H05255
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
中村 航 福岡大学, 理学部, 助教 (60533544)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超新星 / 数値シミュレーション / ニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超新星ニュートリノの精密な数値モデルを構築するために、以前の超新星の系統的研究（K. Nakamura, T. Takiwaki, T. Kuroda & K. Kotake (2015) PASJ, 67, 107）で用いたコードを大幅にアップデートした。ニュートン的であった重力に一般相対論的効果（A. Marek, H. Dimmelmeier, H-T. Janka, E. Mueller, R. Buras, (2006) ApJ, 445, 273）を近似的に取り入れた。さらにミュー型およびタウ型ニュートリノにもIDSAと呼ばれる先進的近似法を適用し、電子型と同じレベルでエネルギースペクトルの情報を得られるように改良した。ニュートリノ反応率も最新のもの（K. Kotake, T. Takiwaki, T. Fischer, K. Nakamura, G. Martinez-Pinedo (2018), ApJ, 853, 170）を採用した。SN 1987Aに対応する連星進化親星モデル（T. Urushibata, K. Takahashi, H. Umeda, T. Yoshida (2018) MNRAS 473, L101）を初期条件として空間３次元の計算結果を１次元の結果と比較したところ、ニュートリノ光度と平均エネルギーに差異が見られた。衝撃波の復活によって電子型および反電子型ニュートリノ光度が減少した。一方、原始中性子星内部の対流によってニュートリノ球半径が膨張することにより平均エネルギーは全てのフレーバーで減少した。さらにミュー型およびタウ型ニュートリノの光度は増加することを発見した。これも同様の理由であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
数値コードの改良によって計算コストが当初の見積もりを超えて増大し、それにより計画していたモデル数を消化できなかった。主な原因は最新のニュートリノ反応率（K. Kotake, T. Takiwaki, T. Fischer, K. Nakamura, G. Martinez-Pinedo (2018), ApJ, 853, 170）を採用したことで、その中でも特にニュートリノ間散乱とニュートリノペア反応の反応率の計算量が大きかった。ニュートリノ間散乱はニュートリノ光度等には大きく影響しないが、ペア反応はミュー型およびタウ型ニュートリノの光度に影響する。本研究の主目的である精密な超新星ニュートリノモデルの構築には欠かすことができないため、当初の計画よりモデル数を減らさざるを得なくなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
実際に超新星ニュートリノが観測された唯一の例であるSN 1987Aモデルの計算によって、観測と矛盾ない結果を得た。引き続き重力崩壊型超新星の数値シミュレーションを継続し、残りの１年間で可能な限り幅広い初期質量域を網羅する３次元超新星モデルを構築する。並行して中性子星冷却期のニュートリノ光度とエネルギーの時間発展を調べるためのコード開発を進める。ニュートリノ輸送解法をIDSA法からより簡易なleakageスキームに変更し計算量を削減し、各モデルの計算時間をさらに10秒間延長して中性子星冷却期のニュートリノ光度とエネルギーの時間発展を調べ、背景ニュートリノシグナルの予測に必要な長時間ニュートリノデータを得る。
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Research Products
(5 results)
