| 研究課題/領域番号 |
21K13924
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 大阪大学 (2023)
東北大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
富樫 甫 大阪大学, 核物理研究センター, 特任助教(常勤) (70733939)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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| キーワード | 核物質 / 状態方程式 / ニュートリノ反応 / スピン偏極 / 超新星爆発 / 中性子星 / 変分法 / ニュートリノ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年構築された現実的核力に基づく超新星爆発計算用核物質状態方程式の計算手法を拡張し、スピン偏極した一様核物質の熱力学量を求めることによって、状態方程式と自己無矛盾なニュートリノ反応率の計算を行う。当該研究では、従来の状態方程式と同様に、得られた反応率を広範囲の核物質密度・陽子混在度・温度に対する数値テーブルとして完備し、重力崩壊型超新星爆発の数値シミュレーションに適用することで、原子核物理の情報が超新星爆発メカニズムに与える影響を系統的に調べる。
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| 研究実績の概要 |
重力崩壊型超新星爆発の数値シミュレーションでは、核物質の状態方程式と並んで、核物質内部におけるニュートリノ反応率が原子核物理に関連する重要なインプットデータのひとつとなる。本研究課題では、近年我々が構築した現実的核力に基づく超新星爆発計算用核物質状態方程式と自己無矛盾なニュートリノ・核子散乱の散乱断面積を求め、実際の超新星爆発シミュレーションへと適用することを目指す。さらに、従来の状態方程式テーブルと同様に、得られた散乱断面積を数値データのテーブルとしてweb上で公開することを予定している。2023年度の研究では、昨年度に定式化した任意のスピン偏極率における有限温度一様核物質に対する変分法を用いて、幅広い温度・密度・陽子混在度・スピン偏極率における一様核物質の自由エネルギー及び関連する熱力学量を求めた。得られた熱力学量は、超新星爆発現象における典型的な環境下において妥当な振る舞いを示しており、これまでに得られた絶対零度一様核物質の結果とも自己無矛盾であることが確認された。さらに2023年度は、上記手順によって得られた熱力学量のひとつであるスピン磁化率を用いて、有限温度中性子物質のスピン応答関数を導出した。当該研究によって得られた応答関数は、現象論的模型に基づくHorowitzらの先行研究と定性的な一致を示すだけでなく、密度の変化に対しては、より滑らかな振る舞いを示すことも確認された。この理由は、Horowitzらによる先行研究が低密度領域と高密度領域において異なる現象論的模型を採用しているのに対し、当該研究では全密度領域における核物質の熱力学量を一貫した手法によって取り扱っているためである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2023年度の研究により、一様核物質中のニュートリノ・核子散乱断面積を記述するために必要なスピン応答関数の導出に成功したが、得られた結果は有限温度中性子物質の場合にのみ限られている。実際の重力崩壊シミュレーションでは、様々な陽子混在度における非対称核物質のスピン応答関数まで用意しておく必要があり、これらの物理量については現在数値計算を実行中である。このような理由から、本研究課題の進捗状況はやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度は、前年度までに計算した有限温度におけるスピン偏極核物質の自由エネルギーを利用して、広範囲の陽子混在度に対する非対称核物質のスピン応答関数を求める。そして、現象論的模型に基づくHorowitzらの先行研究と我々の結果を比較することにより、スピン応答関数に対する核力の効果を詳細に議論する。さらに得られたスピン応答関数から、幅広い温度・密度・陽子混在度における核物質中のニュートリノ・核子散乱断面積を導出し、実際の重力崩壊型超新星爆発シミュレーションへと適用する。まずはテスト計算として、従来のシミュレーションと同様の関数形を用いて当該研究で得られたニュートリノ・核子散乱断面積を再現し、その表式を球対称一般相対論的輻射流体計算へと適用することを予定している。その後、シミュレーションにおけるニュートリノ・核子散乱断面積の影響を詳細に解析するため、新たに作成した散乱弾面積の数値テーブルを利用したシミュレーション等も実行していく。
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