数値シミュレーションと観測の比較による、ブラックホールと星の潮汐破壊現象の研究

• 研究課題/領域番号: 18J20547
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 川名 好史朗 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 超新星爆発 / シミュレーション / 原子核反応 / ブラックホール / 白色矮星 / 輻射輸送

研究実績の概要

本年度の主な研究成果としては2点が挙げられる。第一に、白色矮星が破壊される潮汐破壊現象における観測兆候の多様性をシミュレーションによって明らかにした点である。第二に、その観測兆候の理論モデルを実際に観測された天体と比較することで、白色矮星の潮汐破壊現象の候補天体を発見し、その天体の観測頻度からブラックホールの個数密度を求めたことである。白色矮星が破壊される潮汐破壊現象の特徴として、破壊される白色矮星が強い圧縮・加熱によって爆発的原子核反応を起こすという点がある。この際には原子核反応で生成された原子核の崩壊によって白色矮星の残骸から輻射が生じるが、その観測兆候はほとんど未解明だった。昨年度までにヘリウムを主として構成される白色矮星が破壊される場合の観測兆候の理論予言を求めたが、今年度はさらに白色矮星の質量が異なる4通りのパラメータセットに拡張した。それにより、白色矮星の潮汐破壊現象の多様性を明らかにした。本モデルは多様性を備えた理論モデルであるため、白色矮星の潮汐破壊現象に共通して見られる、既知の突発天体と区別できる固有の特徴を発見することに成功した。この特徴は最新・次世代の突発天体観測のデータから白色矮星の潮汐破壊現象を見つける上で有用な情報となる。また、求めた理論モデルを突発天体の観測データと比較して本理論予言と合致する天体を発見し、白色矮星の潮汐破壊現象の候補天体として報告した。さらに、候補天体の観測頻度から白色矮星の潮汐破壊現象の発生頻度を見積もった。この発生頻度は白色矮星を破壊する中間質量ブラックホールの個数密度と比例するので、続いて中間質量ブラックホールの個数密度の見積もりを与えた。中間質量ブラックホールの個数密度は非常に不確かなため、本研究により個数密度の見積もりを与えたことは大きな成果であり、大質量ブラックホールの形成・成長過程を知る上で重要な手がかりとなる。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [雑誌論文] Constraints on the Rate of Supernovae Lasting for More Than a Year from Subaru/Hyper Suprime-Cam (2021)
  • 著者名/発表者名: Moriya Takashi J.、Jiang Ji-an、Yasuda Naoki、Kokubo Mitsuru、Kawana Kojiro、Maeda Keiichi、Pan Yen-Chen、Quimby Robert M.、Suzuki Nao、Takahashi Ichiro、Tanaka Masaomi、Tominaga Nozomu、Nomoto Ken’ichi、Cooke Jeff、Galbany Lluis、Gonzalez-Gaitan Santiago、Lee Chien-Hsiu、Pignata Giuliano
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 908 号: 2 ページ: 249-249
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abcfc0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rapidly Evolving Transients from the Hyper Suprime-Cam SSP Transient Survey (2020)
  • 著者名/発表者名: Tampo Yusuke、Tanaka Masaomi、Maeda Keiichi、Yasuda Naoki、Tominaga Nozomu、Jiang Ji-an、Moriya Takashi J.、Morokuma Tomoki、Suzuki Nao、Takahashi Ichiro、Kokubo Mitsuru、Kawana Kojiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 894 号: 1 ページ: 27-46
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7ccc
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid Transients Originating from Thermonuclear Explosions in Helium White Dwarf Tidal Disruption Events (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawana Kojiro、Maeda Keiichi、Yoshida Naoki、Tanikawa Ataru
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 890 号: 2 ページ: L26-L26
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab7209
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HSC16aayt: A Slowly Evolving Interacting Transient Rising for More than 100 Days (2019)
  • 著者名/発表者名: Moriya T. J., Tanaka M., Morokuma T., Pan Y.-C., Quimby R. M., Jiang J., Kawana K., Maeda K., Nomoto K., Suzuki Nao, Takahashi I., Tanaka M., Tominaga N., Yamaguchi M., Yasuda N., Cooke J., Curtin C., Galbany L., Gonzalez-G. S.、Lee C.-H.、Pignata G., Pritchard T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 882 号: 1 ページ: 70-81
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2f80
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Second Data Release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (2019)
  • 著者名/発表者名: Aihara et al. (including C. Hikage)
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 6 ページ: 114-114
  • DOI: 10.1093/pasj/psz103
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tidal Disruption of a White Dwarf by a Black Hole: The Diversity of Nucleosynthesis, Explosion Energy, and the Fate of Debris Streams (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawana Kojiro , Tanikawa Ataru , Yoshida Naoki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: - 号: 3 ページ: 842-842
  • DOI: 10.1093/mnras/sty842
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候と、中間質量ブラックホールへの制限 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • 学会等名: 日本天文学会2021年春季年会
• [学会発表] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会
• [学会発表] 白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • 学会等名: 第33回 理論懇シンポジウム
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: Tidal Disruptions in Kyoto: Confronting Theory with Observations
  • 国際学会
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: セミナー @ 理化学研究所 長瀧天体ビッグバン研究室
  • 招待講演
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: seminar @ Technion
  • 国際学会
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: High Energy Meeting @ The Hebrew University of Jerusalem
  • 国際学会
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: seminar @ Tel Aviv University
  • 国際学会
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: seminar @ Ben-Gurion University of the Negev
  • 国際学会
• [学会発表] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象からの観測兆候 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 前田 啓一, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: Workshop to bring together experts on High Energy Astrophysics from Japan and Israel
  • 国際学会
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: セミナー @ 国立天文台
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: 京都大学 APセミナー
• [学会発表] Emission from thermonuclear explosions in white dwarf TDEs (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Keiichi Maeda, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: FOE19 Fifty-one Erg
  • 国際学会
• [学会発表] Searching for the fastest spinning single white dwarfs with Tomo-e Gozen (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Kazumi Kashiyama, Masataka Aizawa, Tomoyuki Tajiri, Hajime Kawahara, Ryou Ohsawa, Toshikazu Shigeyama, Shigeyuki Sako, the Tomo-e Gozen Project
  • 学会等名: 木曽シュミットシンポジウム2019
• [学会発表] A Variety of Tidal Disruptions Events of a White Dwarf by a Black Hole (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: 10th DTA symposium "Stellar deaths and their diversity"
  • 国際学会
• [学会発表] Tidal disruption events of stars by massive black holes (2019)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • 学会等名: 早稲田大学 理論宇宙物理学研究室 セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 高速で自転する白色矮星とTomo-e Gozenによる探査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 樫山 和己, 逢澤 正嵩, 田尻 智之, 河原 創, 大澤 亮, 茂山 俊和, 酒向 重行, the Tomo-e Gozen Project
  • 学会等名: 第31回 理論懇シンポジウム
• [学会発表] 高速で自転する白色矮星とTomo-e Gozen (2018)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 樫山 和己, 逢澤 正嵩, 河原 創, 大澤 亮, 酒向 重行, 田尻 智之
  • 学会等名: 木曽シュミットシンポジウム2018
• [学会発表] Tidal Disruptions Events of a White Dwarf by a Black Hole (2018)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: RESCEU Summer School
  • 国際学会
• [学会発表] Tidal Disruptions Events of a White Dwarf by a Black Hole (2018)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: Astrophysical Frontiers in the Next Decade and Beyond: Planets, Galaxies, Black Holes & the Transient Universe
  • 国際学会
• [学会発表] A Variety of Tidal Disruptions Events of a WD by a BH (2018)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Kawana, Ataru Tanikawa, Naoki Yoshida
  • 学会等名: Jet and Shock Breakouts in Cosmic Transients
  • 国際学会
• [学会発表] ブラックホールによる白色矮星の潮汐破壊現象 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川名 好史朗, 谷川 衝, 吉田 直紀
  • 学会等名: 京都大学 宇宙物理学教室 談話会