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ブラックホール形成シナリオにもとづくガンマ線バーストの起源

研究課題

研究課題/領域番号 14079202
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

佐藤 勝彦  東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00111914)

研究分担者 山田 章一  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80251403)
戸谷 友則  京都大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (90321588)
長滝 重博  京都大学, 基礎物理学研究所, 助教授 (60359643)
研究期間 (年度) 2002 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
21,200千円 (直接経費: 21,200千円)
2006年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2005年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2004年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
2003年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2002年度: 5,700千円 (直接経費: 5,700千円)
キーワードブラックホール / ガンマ線バースト / 超新星爆発 / ニュートリノ / 超高エネルギー宇宙線 / 磁場 / 重元素合成 / ジェット / 第一世代星 / 中性子星 / スーパーカミオカンデ / AGASA
研究概要

今年度の成果は以下のとおりである。
第一は、自転していない大質量星の重力崩壊におけるブラックホール形成とそこから放出されるニュートリノシグナルに関するものである。ガンマ線バーストのセントラルエンジンとしては高速回転しているブラックホールが有望視されているが、自転の遅い親星のほうが圧倒的に多い可能性がある。こうした天体現象はまだ観測されていないが、それは電磁波を放出していないだけからかもしれず、ニュートリノでは明るく輝く可能性がある。本研究では、親星の質量をパラメターにし、詳細なニュートリノ輸送を考慮した一般相対論的流体力学シミュレーションを系統的に行い、こうした現象に特有なニュートリノシグナルを明らかにした。これを用いれば、ブラックホールが形成されたことだけでなく、高密度ハドロン物質の状態方程式に関しても重要な情報を得られる可能性を示した。
第二の成果は、コラプサーシナリオに基づく多次元MHDシミュレーションによるジェットの形成と元素合成に関するものである。この研究では、ジェットがブラックホールのごく近傍ではなく、離れた所でも形成されうる可能性を示した点で独創的であった。また、爆発的元素合成を詳細に計算し、その特徴を明らかにした。
第二の成果は、近年着目されている超新星コア内の降着衝撃波の不安定に関するものである。我々は、線形解析と数値シミュレーションを組み合わせ、不安定性の線形段階から非線形段階に至る成長の様子を明らかにした。また、重力波放出も見積もるとともに、Burrowsの提唱する音波により超新星爆発を誘起するメカニズムとの関連も議論した。
第4の成果は超新星コア内における原子核の形状である。密度の上昇にともない原子核は互いに合体し、糸状、板状、また高密度領域に囲まれた糸状、球状の低密度領域などに相転移(パスタ構造)をとるが、新たな原子核モデルで、密度-温度面での相図を作成した。ニュートリノの透過率に対して重要なデータとなる。
第5の成果は、最高赤方偏移ガンマ線バーストGRB050904を用いて、宇宙の再電離に対する示唆を世界で初めてガンマ線バーストから導くことに成功したことである。また、活動銀河中心核からのガンマ線について理論的研究を行い、MeV領域からGeV領域にかけての宇宙背景放射への寄与を精密にみつもった。特に、今まで説明が難しいと言われていたMeV領域の背景放射が、X線領域で卓越しているセイファート銀河成分の自然な理論的拡張で説明できることを示した。さらに、長年の謎である銀河系中心からの511keV電子陽電子対消滅ガンマ線が、銀河系中心の超巨大ブラックホールの過去の活動性で自然に説明できることを示した。

報告書

(5件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (92件)

すべて 2008 2007 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (52件) 文献書誌 (40件)

  • [雑誌論文] The Cosmic MeV Gamma-Ray Background and Hard X-Ray Spectra of Active Galactic Nuclei: Implications for the Origin of Hot AGN Coronae2008

    • 著者名/発表者名
      Y. Inoue, T. Totani, and Y. Ueda
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 672

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Gravitational Radiation from Standing Accretion Shock Instability in Core-Collapse Supernovae2007

    • 著者名/発表者名
      Kei Kotake, Naofumi Ohnishi, and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 655

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Stability of the Accretion Flows with Stalled Shocks in Core-Collapse Supernovae2007

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Yamasaki and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 656

      ページ: 1019-1037

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Heavy Element Nucleosynthesis in a Collapsar2007

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichirou Fujimoto, Masa-aki Hashimoto, Kei Kotake, and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 656

      ページ: 382-392

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] The g-Mode Excitation in the Proto Neutron Star by the Standing Accretion Shock Instability2007

    • 著者名/発表者名
      Shijun Yoshida, Naofumi Ohnishi, and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 665

      ページ: 1268-1276

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical Study on Stellar Core Collapse and Neutrino Emission: Probe into the Spherically Symmetric Black Hole Progenitors with 3- 30M \odot Iron Cores2007

    • 著者名/発表者名
      Ken'ichiro Nakazato, Kohsuke Sumiyoshi, and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 666

      ページ: 1140-1151

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Inelastic Neutrino-Helium Scatterings and Standing Accretion Shock Instability in Core-Collapse Supernovae2007

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Ohnishi, Kei Kotake, and Shoichi Yamada Tatsuya Yamasaki and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 667

      ページ: 382-394

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Reply to ''Comment on 'Heavy element production in inhomogeneous bigbang nucleosynthesis'''2007

    • 著者名/発表者名
      Shunji. Matsuura, Shin-ichirou. Fujimoto, Sumao Nishimura, Masa-aki Hashimoto, Katsuhiko Sato
    • 雑誌名

      Phys RevD. 75

      ページ: 68302-68302

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] The impact of nuclear ″pasta″ on neutrino transport in collapsing cores2007

    • 著者名/発表者名
      Hidetaka Sonoda, Gentaro Watanabe, Katsuhiko Sato, Tomoya Takiwaki, Kenji Yasuoka, Toshikazu Ebisuzaki
    • 雑誌名

      Phys Rev. C 75

      ページ: 42801-42801

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetohydrodynamic Simulations of A Rotating Massive Star Collapsing to A Black Hole2006

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichirou Fujimoto, Kei Kotake, Shoichi Yamada, Masa-aki Hashimoto, and Katsuhiko Sato
    • 雑誌名

      Astrophys. J. 644

      ページ: 1040-1055

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] R-Process Nucleosynthesis in MHD Jet Explosions of Core-Collapse Supernovae2006

    • 著者名/発表者名
      Sunao Nishimura, et. al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 642

      ページ: 410-419

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetohydrodynamic Simulations of a Rotating Massive Star Collapsing to a Black Hole2006

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichirou Fujimoto, et. al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 644

      ページ: 1040-1055

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Gravitational Collapse and Neutrino Emission of Population III Massive Stars2006

    • 著者名/発表者名
      Ken'ichiro Nakazato, Kohsuke Sumiyoshi and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 645

      ページ: 519-533

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Neutrino signals from the formation of a black hole: A probe of the equation of state of dense matter2006

    • 著者名/発表者名
      K. Sumiyoshi, S. Yamada, H. Suzuki, and S. Chiba
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 97

      ページ: 91101-91101

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Standing Accretion Shocks in the Supernova Core: Effects of Convection and Realistic EOS2006

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Yamasaki and Shoichi Yamada
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 650

      ページ: 291-298

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Propagation of Ultra-High Energy Cosmic Rays above $10^{19} $ eV in a Structured Extragalactic Magnetic Field and Galactic Magnetic Field2006

    • 著者名/発表者名
      Hajime Takami, Hiroyuki Yoshiguchi, Katsuhiko Sato
    • 雑誌名

      Astrophys. J. 639

      ページ: 803-815

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Explosive Nucleosynthesis in GRB Jets Accompanied by Hypernovae2006

    • 著者名/発表者名
      Shigehiro Nagataki, Akira Mizuta, and Katsuhiko Sato
    • 雑誌名

      Astrophys. J. 647

      ページ: 1255-1268

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Explosion Mechanism, Neutrino Burst, and Gravitational Wave in Core-Collapse Supernovae2006

    • 著者名/発表者名
      Kei Kotake, Katsuhiko Sato, Keitaro Takahashi
    • 雑誌名

      Reports on Progress in Physics 69

      ページ: 971-1144

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Gamma-Ray Luminosity Function of Blazars and the Cosmic Gamma-Ray Background: Evidence for the Luminosity-Dependent Density Evolution2006

    • 著者名/発表者名
      Takuto Narumoto and Tomonori Totani
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal 643

      ページ: 81-81

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A RIAF Interpretation for the Past Higher Activity of the Galactic Center Black Hole and the 511 keV Annihilation Emission2006

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Totani
    • 雑誌名

      Pub. Astron. Soc. Jpn 58

      ページ: 965-965

    • NAID

      10023943299

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Implications for Cosmic Reionization from the Optical Afterglow Spectrum of the Gamma-Ray Burst 050904 at z = 6.32006

    • 著者名/発表者名
      T. Totani, et. al.
    • 雑誌名

      Pub. Astron. Soc. Jpn 58

      ページ: 485-485

    • NAID

      10023941176

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] High Energy Neutrino Radiation and Neutrino Background from Gamma-Ray Bursts in the Internal Shock Model2006

    • 著者名/発表者名
      Murase, K., Nagataki, S.
    • 雑誌名

      Physical Review D 73

      ページ: 63002-63002

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Very High Energy Neutrinos Originating from Kaons in Gamma-Ray Bursts2006

    • 著者名/発表者名
      Asano, K., Nagataki, S.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters (accepted)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical Analysis on Standing Accretion Shock Instability with Neutrino Heating in the Supernova Cores2006

    • 著者名/発表者名
      Ohnishi, N., Kotake, K., Yamada, S.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal in press

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] R-Process Nucleosynthesis in MHD Jet Explosions of Core-Collapse Supernovae2006

    • 著者名/発表者名
      Nishimura, S.et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal in press

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetohydrodynamic Simulations of a Rotating Massive Star Collapsing to a Black Hole2006

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto, S., Kotake, K., Yamada, S., Hashimoto, M., Sato, K.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal in press

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Explosion Mechanism, Neutrino Burst, and Gravitational Wave in Core-Collapse Supernovae2006

    • 著者名/発表者名
      Kotake, K., Sato, K., Takahashi., K
    • 雑誌名

      Reports on Progress in Physics in press

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Alfven Wave-driven Proto-Neutron Star Winds And r-Process Nucleosynthesis2005

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, T.K., Nagataki, S.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal 628

      ページ: 914-922

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of Magnetic Fields on Proto-Neutron Star Winds and r-Process Nucleosynthesis2005

    • 著者名/発表者名
      Ito, H., Yamada, S., Sumiyoshi, K., Nagataki, S.
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics 114

      ページ: 995-1020

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Postbounce Evolution of Core-Collapse Supernovae : Long-Term Effects of Equation of State2005

    • 著者名/発表者名
      Sumiyoshi, K., Yamada, S., Suzuki, H., Shen, H.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal 629

      ページ: 922-932

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] The Core-Collapse Supernova with "Non-Uniform" Magnetic Fields2005

    • 著者名/発表者名
      Sawai, H., Kotake, K., Yamada, S.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal 631

      ページ: 446-455

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] North-South Neutrino Heating Asymmetry in Strongly Magnetized and Rotating Stellar Cores2005

    • 著者名/発表者名
      Kotake, K.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 618

      ページ: 474-484

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Simulation of Transitions between "Pasta" Phases in Dense Matter2005

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, G.et al.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 94

      ページ: 31101-31101

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of rotation on the revival of a stalled shock in supernova explosions2005

    • 著者名/発表者名
      Yamasaki, T.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A Discovery of Rapid Optical Flares from Low-Luminosity Active Nuclei in Massive Galaxies2005

    • 著者名/発表者名
      Totani, T.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal Letters 621

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetorotational Effects on Anisotropic Neutrino Emission and Convection in Core-Collapse Supernovae2004

    • 著者名/発表者名
      Kotake, K.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 608

      ページ: 391-404

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Gravitational radiation from rotational core collapse : Effects of magnetic fields and realistic equations of state2004

    • 著者名/発表者名
      Kotake, K.et al.
    • 雑誌名

      Physical Review D 69

      ページ: 124004-124004

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Phases of hot nuclear matter at subnuclear densities2004

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, G.et al.
    • 雑誌名

      Physical Review C 69

      ページ: 55805-55805

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Relic neutrino background from cosmological supernovae2004

    • 著者名/発表者名
      Ando, S., Sato, K.
    • 雑誌名

      New Journal of Physics 6

      ページ: 170-170

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Affleck-Dine Baryogenesis and Heavy Element Production from Inhomoaeneous Big Bang Nucleosynthesis2004

    • 著者名/発表者名
      Matsuura, S.et al.
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics 112

      ページ: 971-981

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Magneto-driven Shock Waves in Core-Collapse Supernovae2004

    • 著者名/発表者名
      Takiwaki, T.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 616

      ページ: 1086-1094

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Statistical Significance of Small-Scale Anisotropy in Arrival Directions of Ultra-High-Energy Cosmic Rays2004

    • 著者名/発表者名
      Yoshiguchi, H.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 614

      ページ: 43-50

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical Study on the Propagation of Ultra-High-Energy Cosmic Rays in the Galactic Magnetic Field2004

    • 著者名/発表者名
      Yoshiguchi, H.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 607

      ページ: 840-884

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Collapsars2004

    • 著者名/発表者名
      Mizuno, Y.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 606

      ページ: 395-412

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] The Role of Neutrinos, Rotations and Magnetic Fields in Collapse-Driven Supernovae2004

    • 著者名/発表者名
      Yamada, S.et al.
    • 雑誌名

      New Journal of Physics 6

      ページ: 1-24

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Propagation and Dynamics of Relativistic Jets2004

    • 著者名/発表者名
      Mizuta, A.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 606

      ページ: 804-818

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical Study on the Rotational Collapse of Strongly Magnetized Cores of Massive Stars2004

    • 著者名/発表者名
      Yamada, S.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 608

      ページ: 907-924

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Anisotropic kinetic pressure in ideal MHD and application to entroov production in neutrino-driven wind in supernovae2004

    • 著者名/発表者名
      Kohri, K.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 21

      ページ: 433-441

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Hydrodynamic Effects in Internal Shock of Relativistic Outflows2004

    • 著者名/発表者名
      Kino, M.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 611

      ページ: 1021-1032

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Collapsars : Rotating Black Hole Cases2004

    • 著者名/発表者名
      Mizuno, Y.et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 615

      ページ: 389-401

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Solving the Cooling Flow Problem of Galaxy Clusters by Dark Matter Neutralino Annihilation2004

    • 著者名/発表者名
      Totani, T.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 92

      ページ: 1301-1304

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Submillimetre constraints on hyper-extremely red objects in the Subaru Deep Field2004

    • 著者名/発表者名
      Coppin, K.et al.
    • 雑誌名

      Monthly Notice of Royal Astronomical Society 354

      ページ: 193-198

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takahashi et al.: "Effects of neutrino oscillation on supernova neutrino : inverted mass hierarchy"Prog.Theor.Phys.. 109. 919 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Ando et al.: "Detectability of the Supernova Relic Neutrinos and Neutrino Oscillation"Astropart.Phys.. 18. 307-318 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Ando et al.: "Three-generation study of neutrino spin-flavor conversion in supernova and implication for neutrino magnetic moment"Phys.Lett.B. 559. 113 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takahashi et al.: "Shock propagation and neutrino oscillation in supernova"Phys.Rev.D. 68. 023003 (2003)

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2018-03-28  

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