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Understanding the impacts of binary interactions on multi-messenger probes of core-collapse supernovae

研究課題

研究課題/領域番号 22K03630
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
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
研究機関東京大学

研究代表者

堀内 俊作  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員科学研究員 (60936326)

研究分担者 衣川 智弥  信州大学, 工学部, 准教授 (90779159)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード大質量星 / 連星進化 / 超新星ニュートリノ / Binary evolution / Supernova neutrino
研究開始時の研究の概要

The majority of massive stars are affected by interactions with nearby companion stars. We study how binary interactions affect multi-messenger signatures of massive stars, their core-collapse supernovae, and the evolution of their remnants. Binary population models will be constructed and improved with current and future observational calibrations. We will deliver realistic predictions of supernova relic neutrinos, probabilistic expectations for the next Milky Way core-collapse supernova, and provide physical connections between multi- messenger signatures of core-collapse supernovae.

研究実績の概要

今年度は、(1)大質量星の連星進化に特化した種族合成法モデルの構築、(2)連星進化を取り入れた超新星背景ニュートリノ放射の枠組み、という2つの課題を進めた。
(1)重力崩壊を迎える大質量星の性質を同定する目的で、大質量星の連星進化に特化した種族合成法モデルを構築し計算を投稿した。連星パラメーターを系統的に探り、大質量星のコアの質量や回転などの分布の予言に成功し、典型的な進化パスを明らかにした。さらに、そこから期待される超新星のタイプや残されるコンパクト天体の議論を行った。超新星背景ニュートリノ放射、ガンマ線バースト、銀河系内超新星、など様々なテーマに関する成果である。
(2)超新星背景ニュートリノ放射に必要である超新星率のサーベイを行い、新しいデータベースおよび数値的評価を出版した。、また、大質量星のコア質量を考慮した超新星背景ニュートリノ放射の計算手法を開発した。残されるコンパクト天体が中性子星であるかブラックホールであるかをコア質量分布に依存させて、超新星背景ニュートリノ放射を予言できる手法を導入し、現在結果を論文にまとめている。
また、研究結果について国際研究会で招待講演を行った。

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

大質量星の連星に特化した種族合成法モデルを完成させたことによって、論文投稿や学会発表などを行えた。また、超新星率の新しい論文も出版でき、超新星背景ニュートリノ放射の予言の段取りも順調である。さらに、種族合成法モデルのアウトプットを考慮した超新星背景ニュートリノ放射の計算方法が開発できており、次年度には論文にまとめて出版されると期待できる。

今後の研究の推進方策

今年度完成させた種族合成法モデルから予言される爆発現象のタイプ、ニュートリノ放射、超新星背景ニュートリノ放射の予言などを調べていく。パラメーター扱いではなく連星進化モデルに予言されるブラックホールへ重量崩壊する大質量星からのニュートリノの寄与を定量的に評価する。また、種族合成法モデルの応用として、銀河系内における連星合体や重力崩壊の空間的分布を調べていく。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (10件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 9件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 11件、 招待講演 10件)

  • [国際共同研究] Virginia Tech/Purdue University/AAVSO(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Oxford University(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Brussels(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Pennsylvania State University/Institute for Advanced Study/The University of Texas at Austin(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Stockholm University/Nordic Institute for Theoretical Physics(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Australian National University/Swinburne University of Technology/University of New South Wales Canberra(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Red supergiant candidates for multimessenger monitoring of the next Galactic supernova2024

    • 著者名/発表者名
      Healy Sarah、Horiuchi Shunsaku、Colomer Molla Marta、Milisavljevic Dan、Tseng Jeff、Bergin Faith、Weil Kathryn、Tanaka Masaomi、Otero Sebastian
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 529 号: 4 ページ: 3630-3650

    • DOI

      10.1093/mnras/stae738

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Diffuse supernova neutrino background with up-to-date star formation rate measurements and long-term multidimensional supernova simulations2024

    • 著者名/発表者名
      Ekanger Nick、Horiuchi Shunsaku、Nagakura Hiroki、Reitz Samantha
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 109 号: 2 ページ: 023024-023024

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.023024

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Diffuse neutrino background from past core collapse supernovae2023

    • 著者名/発表者名
      ANDO Shin’ichiro、EKANGER Nick、HORIUCHI Shunsaku、KOSHIO Yusuke
    • 雑誌名

      Proceedings of the Japan Academy. Ser. B: Physical and Biological Sciences

      巻: 99 号: 10 ページ: 460-479

    • DOI

      10.2183/pjab.99.026

    • ISSN
      0386-2208, 1349-2896
    • 年月日
      2023-12-11
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multimessenger signals of heavy axionlike particles in core-collapse supernovae: Two-dimensional simulations2023

    • 著者名/発表者名
      Mori Kanji、Takiwaki Tomoya、Kotake Kei、Horiuchi Shunsaku
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 6 ページ: 063027-063027

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.063027

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Merger Conditions of Population III Protostar Binaries2023

    • 著者名/発表者名
      Kirihara Takanobu、Susa Hajime、Hosokawa Takashi、Kinugawa Tomoya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 950 号: 2 ページ: 188-188

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acd1e0

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Light Curves and Event Rates of Axion Instability Supernovae2023

    • 著者名/発表者名
      Mori Kanji、Moriya Takashi J.、Takiwaki Tomoya、Kotake Kei、Horiuchi Shunsaku、Blinnikov Sergei I.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 943 号: 1 ページ: 12-12

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acaaff

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-energy neutrino emission from magnetized jets of rapidly rotating protomagnetars2023

    • 著者名/発表者名
      Bhattacharya Mukul、Carpio Jose A、Murase Kohta、Horiuchi Shunsaku
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 521 号: 2 ページ: 2391-2407

    • DOI

      10.1093/mnras/stad494

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Gamma-ray emission from the Sagittarius dwarf spheroidal galaxy due to millisecond pulsars2022

    • 著者名/発表者名
      Crocker Roland M.、Macias Oscar、Mackey Dougal、Krumholz Mark R.、Ando Shin’ichiro、Horiuchi Shunsaku、Baring Matthew G.、Gordon Chris、Venville Thomas、Duffy Alan R.、Yang Rui-Zhi、Aharonian Felix、Hinton J. A.、Song Deheng、Ruiter Ashley J.、Filipovi? Miroslav D.
    • 雑誌名

      Nature Astronomy

      巻: 6 号: 11 ページ: 1317-1324

    • DOI

      10.1038/s41550-022-01777-x

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Non-universal stellar initial mass functions: large uncertainties in star formation rates at z=2~4 and other astrophysical probes2022

    • 著者名/発表者名
      Ziegler Joshua J、Edwards Thomas D P、Suliga Anna M、Tamborra Irene、Horiuchi Shunsaku、Ando Shin’ichiro、Freese Katherine
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 517 号: 2 ページ: 2471-2484

    • DOI

      10.1093/mnras/stac2748

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact of late-time neutrino emission on the diffuse supernova neutrino background2022

    • 著者名/発表者名
      Ekanger Nick、Horiuchi Shunsaku、Kotake Kei、Sumiyoshi Kohsuke
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 4 ページ: 043026-043026

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.043026

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Probe for Type Ia Supernova Progenitor in Decihertz Gravitational Wave Astronomy2022

    • 著者名/発表者名
      Kinugawa Tomoya、Takeda Hiroki、Tanikawa Ataru、Yamaguchi Hiroya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 938 号: 1 ページ: 52-52

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac9135

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Astrophysical neutrinos with paleo detectors2024

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      Mineral Detection of Neutrinos and Dark Matter
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Predictions of the diffuse supernova neutrino background2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      American Physical Society April Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diffuse supernova neutrino background2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      International Conference on Supernova Neutrino Detection
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Lower-energy neutrinos from non-GRB supernovae2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      New Evolution of Multi Messenger Astrophysics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diffuse supernova neutrino background2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      Joint DNP meeting of APS-JPS
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quasi-thermal neutrinos from core-collapse supernovae2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      1st annual conference of the creation of multi-messenger astrophysics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of binary interactions on the diffuse supernova neutrino background2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Kinugawa
    • 学会等名
      Joint DNP meeting of APS-JPS
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Supernova neutrinos from the Milky Way and beyond2022

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      Symposium on Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multimessenger Astrophysics and Neutrinos2022

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      Snowmass Neutrino Colloquium
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Detecting astrophysical neutrinos with paleo-detectors2022

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      Multi-messenger study of heavy dark matter
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Supernova neutrino signals & future detections2022

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      Brainstorming workshop 2022 to Revolutionize the Core-Collapse Supernova Theory
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Supernova neutrinos2022

    • 著者名/発表者名
      Shunsaku Horiuchi
    • 学会等名
      The 21st international workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino Detectors
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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