重力崩壊型超新星における高速自転および超強磁場の研究

• Project/Area Number: 14740166
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 素粒子・核・宇宙線
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 山田 章一 早稲田大学, 理工学術院, 助教授 (80251403)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2004: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 超新星 / 磁場 / 自転 / ニュートリノ / 非対称 / 中性子星 / 重力波

Research Abstract

今年度は昨年度に引き続き、主に軸対称2次元のMHDシミュレーションを用い、磁場と高速自転が超新星のダイナミクスに与える影響をいろいろな側面から研究した。主に澤井との共同研究では、高速自転と強磁場が組み合わさった場合のジェットの起こり方について調べた。その結果、ポロイダル磁場を内部コアと外部コアの境界付近で生じる差動回転により巻き込み、物質の圧力に匹敵するストレスを生み出すようなトロイダル磁場が生じることがジェットを引き起こす主因であることがわかった。また、この計算ではMRIによる磁場の増幅が見られなかったが、これは3次元計算を含む今後の研究の課題である。
固武との研究では、パリティの破れによる、ニュートリノの北極と南極での違いに着目をした。これは、若いパルサーに見られる高速固有運動の起源として重要と考えられるが、数値モデルに基づく評価では、南北の非対称性は実際に起こるものの、固有速度を説明するには若干足らないことがわかった。また、重力波放出の評価も行ったが、磁場からの寄与はあまり大きくないことがわかった。
以上とは全く異なるアプローチも行った。ニュートリノ加熱による衝撃波の復活に対する回転の役割を定性的に明らかにするべく、山崎と定常自転降着流解を数値的に求め、その安定性、臨界光度の変化を系統的に明らかにした。それによると、与えられた質量降着率に対して定常解が存在しなくなる臨界ニュートリノ光度が自転のあるときにも存在し、その値が自転のないときに比べ小さくなることがわかった。これは、自転が衝撃波の復活にとって有利であることを明確に示している。今後はこれを詳細なシミュレーションで確かめることが重要である。

Research Products

• [Journal Article] North-South Neutrino Heating Asymmetry in Strongly Magnetized and Rotating Stellar Cores (2005)
  • Author(s): Kotake, Kei, Yamada, Shoichi, Sato, Katsuhiko
  • Journal Title: Astrophysical Journal 618 Pages: 474-484
• [Journal Article] Effects of rotation on the revival of a stalled shock in supernova explosions (2005)
  • Author(s): Yamasaki, Tatsuya Yamada, Shoichi
  • Journal Title: Astrophysical Journal (in press)
• [Journal Article] General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Collapsars (2004)
  • Author(s): Mizuno, Yosuke, Yamada, Shoichi, Koide, Shinji, Shibata, Kazunari
  • Journal Title: Astrophysical Journal 606 Pages: 395-412
• [Journal Article] The Role of Neutrinos, Rotations and Magnetic Fields in Collapse-Driven Supernovae (2004)
  • Author(s): Yamada, Shoichi, Kotake, Kei, Yamasaki, Tatsuya
  • Journal Title: New Journal of Physics 6 Pages: 1-24
• [Journal Article] Propagation and Dynamics of Relativistic Jets (2004)
  • Author(s): Mizuta, Akira, Yamada, Shoichi, Takabe, Hideaki
  • Journal Title: Astrophysical Journal 606 Pages: 804-818
• [Journal Article] Magnetorotational Effects on Anisotropic Neutrino Emission and Convection in Core-Collapse Supernovae (2004)
  • Author(s): Kotake, Kei, Sawai, Hidetomo, Yamada, Shoichi, Sato, Katsuhiko
  • Journal Title: Astrophysical Journal 608 Pages: 391-404
• [Journal Article] Numerical Study on the Rotational Collapse of Strongly Magnetized Cores of Massive Stars (2004)
  • Author(s): Yamada, Shoichi, Sawai, Hidetomo
  • Journal Title: Astrophysical Journal 608 Pages: 907-924
• [Journal Article] Gravitational radiation from rotational core collapse: Effects of magnetic fields and realistic equations of state (2004)
  • Author(s): Kotake, Kei, Yamada, Shoichi et al.
  • Journal Title: Physical Review D 69 Pages: 124004-124004
• [Journal Article] Anisotropic kinetic pressure in ideal MHD and application to entropy production in neutrino-driven wind in supernovae (2004)
  • Author(s): Kohri, Kazunori, Yamada, Shoichi, Nagataki, Shigehiro
  • Journal Title: Astroparticle Physics 21 Pages: 433-441
• [Journal Article] Hydrodynamic Effects in Internal Shock of Relativistic Outflows (2004)
  • Author(s): Kino, Motoki, Mizuta, Akira, Yamada, Shoichi
  • Journal Title: Astrophysical Journal 611 Pages: 1021-1032
• [Journal Article] General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Collapsars : Rotating Black Hole Cases (2004)
  • Author(s): Mizuno, Yosuke, Yamada, Shoichi, Koide, Shinji, Shibata, Kazunari
  • Journal Title: Astrophysical Journal 615 Pages: 389-401
• [Publications] Kotake, K., Yamada, S., Sato, K: "Anisotropic Neutrino Radiation in Rotational Core Collapse"Astrophysical Journal. 595. 304-316 (2003)
• [Publications] Kotake, K., Yamada, S., Sato, K.: "Gravitational Radiation from Axisymmetric Rotational Core Collapse"Physical Review D. 68. 044023 (2003)
• [Publications] Nagataki, S., et al.: "Explosive Nucleosynthesis Associated with Formation of Jet-induced GRBs in Massive Stars"Astrophysical Journal. 596. 401-413 (2003)
• [Publications] Suzuki, H. et al.: "Protoneutron star cooling with a new equation of state"Nuclear Physics A. 718. 703-705 (2003)
• [Publications] Sumiyoshi, K., Suzuki, H., Yamada, S., Toki, H.: "Properties of a relativistic equation of state for collapse-driven supernovae"Nuclear Physics A. 730. 227-251 (2004)
• [Publications] Mizuta, A., Yamada, S., Takabe, H.: "Propagation and Dynamics of Relativistic Jets"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)
• [Publications] Mizuno, V., Yamada, S., Koide, S., Shibata, K.: "General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Collapsars"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)
• [Publications] Kotake, K. et al.: "Gravitational radiation from rotational core collapse : Effects of magnetic fields and realistic equations of states"Physical Review D. in press(未定). (2004)
• [Publications] Kohri, K., Yamada, S., Nagataki, S.: "Anisotropic e^+e^- Pressure due to QED Effects in Strong Magnetic Fields and Application to Entropy Production in Neutrino Driven Wind in Supernovae"Astroparticle Physics. in press(未定). (2004)
• [Publications] K.Kotake, S.Yamada, K.Sato: "Magnetorotational Effects on Anisotropic Neutrino Emission and Convection in Core Collapse Supernovae"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)
• [Publications] S.Yamada, H.Sawai: "Numerical Study on the Rotational Collapse of Strongly Magnetized Cores of Massive Stars"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)
• [Publications] Terasawa, M.et al.: "r-Process Nucleosynthesis in Neutrino-Driven Winds from a Typical Neutron Star with M = 1.4 M_solar"Astrophysical Journal Letter. 57. L137-L140 (2002)