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マルチメッセンジャー天文学に向けた超新星爆発からのブラックホール形成計算

研究課題

研究課題/領域番号 23KJ2150
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金
応募区分国内
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
研究機関国立天文台

研究代表者

森 正光  国立天文台, 科学研究部, 若手研究者雇用特別研究員

研究期間 (年度) 2023-04-25 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード超新星爆発 / ニュートリノ
研究開始時の研究の概要

本研究は、謎がいまだに多い光すらも脱出できないブラックホールの形成の瞬間や、同じく世界中で解明が進められているブラックホールを作るとされる超新星爆発の解明と将来のマルチメッセンジャー天文学ために、数値計算を使用して、多数の親星の系統的な重力崩壊計算と地上での信号予測を行う。

研究実績の概要

超新星爆発が起こったときに、地上のでのニュートリノを観測するフレームワーク開発の開発が9割完了した。pythonを使い開発した。まずは、シミュレーションデータを読み込む部分を実装して、そのあとに逆ベータ反応の反応断面積をstrumia and vissani(2003)の方法に基づき実装した。次に超新星爆発のイベントとフラックスの解析解の実装を行った。これによって、フレームワークによって自由自在に超新星爆発からのニュートリノイベントを生成できるようになった。
次の開発として、実際のスーパーカミオカンデ(SK)のバックグランドデータを使い有効体の中と有効体積の外でバックグランドの分布の仕方を変えより現実の検出器を再現できるようにした。また、SKの公開バックグランドデータは5MeVまでであるがより低エネルギー事象に対応するため関数でフィッティングして低エネルギー領域まで外挿を行った。これにより、より現実の測定環境の再現ができるようになりこれは、未だ世界でも誰も行っていない開発である。フレームワークの応用として現在は、生成したニュートリノイベントからどのような超新星爆発が起こったかについての解析手法の開発を行っている。
フレームワーク開発とは別のプロジェクトの1次元計算に現象論的対流を実装する方法については、現在mixing length theoryに基づき一般相対論流体で定式化が完了したところである。そして、現在はコード実装の最中で20Msunの親星を使って現象論的がどこで現れるかの調査を行っている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

フレームワーク開発が9割完了し、流体計算の定式化が完了したため。

今後の研究の推進方策

今後は、フレームワーク開発を完了させ、一般に公開して論文にする。現象論的対流計算についてはコード実装と計算を行う。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Long-term gravitational wave asteroseismology of supernovae: From core collapse to 20 seconds postbounce2023

    • 著者名/発表者名
      Mori, Masamitsu; Suwa, Yudai; Takiwaki, Tomoya
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 号: 8 ページ: 83015-83015

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.083015

    • 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
  • [学会発表] Long-term simulation of supernovae for multi-messenger astronomy2023

    • 著者名/発表者名
      Masamitsu Mori
    • 学会等名
      The 1st IReNA-Ukakuren Joint Workshop “Advancing Professional Development in Nuclear Astrophysics and Beyond”
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Long term simulation of supernovae for multi-messenger astronomy2023

    • 著者名/発表者名
      Masamitsu Mori
    • 学会等名
      MICRA2023: MICROPHYSICS IN COMPUTATIONAL RELATIVISTIC ASTROPHYSICS
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-26   更新日: 2024-12-25  

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