| 研究課題/領域番号 |
20K03973
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
中里 健一郎 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (80609347)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 超新星ニュートリノ / 重力崩壊型超新星爆発 / 原始中性子星冷却 / ブラックホール / 核物質状態方程式 / 超新星背景ニュートリノ / 原始中性子星 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽の約10倍以上の質量を持つ恒星はその進化の最後に重力崩壊を起こし、中心部で原子核密度を超えると、核力の斥力芯によってバウンスし衝撃波を生じると同時に大量のニュートリノ（超新星ニュートリノ）を放出する。その結果として超新星爆発が起こると中性子星が形成されると考えられている。本研究課題では、これまであまり研究されてこなかった、数十秒にわたる長いスケールの時間変動に着目して、超新星ニュートリノのスペクトルを数値シミュレーションに基づき予測する。さらに、超新星中心部に存在する高密度核物質の性質（状態方程式）が放出されるニュートリノにどのような影響を与えるのか、系統的かつ包括的に明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
過去に起こった重力崩壊型超新星爆発が放出したニュートリノは、宇宙からの背景放射として観測できると期待されており、超新星背景ニュートリノと呼ばれている。本年度は、最近の銀河の化学進化に基づくモデルを用いて、超新星背景ニュートリノの検出予測を行なった。このモデルでは、(1) 楕円銀河など過去の宇宙に多く存在したタイプの銀河は、相対的に重い星の割合が大きい初期質量関数を持つ、(2) 18太陽質量以上の星は超新星爆発を起こさずにブラックホールを形成する、という特徴を持つ。また今回の検出予測では、個々の超新星・ブラックホール形成から放出されるニュートリノのスペクトルについては、本研究課題の成果としてこれまでに得られたデータを用いた。結果として得られた背景ニュートリノのスペクトルは、従来の典型的なスペクトルと比較して、低エネルギー領域では上記 (1) の特徴を反映して、高エネルギー領域では (2) の特徴を反映して、それぞれ超過が見られた。特に低エネルギーニュートリノについては、SK-Gd における感度向上や KamLAND など液体シンチレーション型検出器による実験から、今回の理論モデルの検証につながるデータが得られることを期待したい。
また本年度は、飽和密度以下の原子核物質の性質が、原始中性子星の冷却に伴うニュートリノ放射に与える影響についても調べた。異なる処方によって作成された状態方程式テーブルを用いてニュートリノ放射のシミュレーションを行ない、放射量の時間発展の違いを比較した結果、核統計平衡を仮定した場合、Thomas-Fermi 法を用いた場合よりもニュートリノ放射の継続時間が短くなり、エネルギーも低くなった。特に、時間発展にみられた状態方程式の違いは中性子星質量による違いと区別可能なものであった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
新型コロナウイルス感染症による影響のため、国際会議や研究会などにおける対面での発表の機会が当初の計画より不足しているものの、査読付き欧文論文誌における論文発表については当初の目標を十分に達成する成果が挙がった。特に、当初の計画に無かった銀河の化学進化モデルに基づく背景ニュートリノの理論モデル開発に関する研究についても、すでに論文出版済みであることから、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
原始中性子星の表面付近に存在するで出現する飽和密度以下の原子核物質の性質や、それがニュートリノ放射に与える影響に関して、新たな課題の発掘に取り組む。
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