マルチメッセンジャー天文学から迫る高密度爆発天体現象の理論的解明

• 研究課題/領域番号: 26707013
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 固武 慶 福岡大学, 理学部, 准教授 (20435506)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: 超新星爆発 / ニュートリノ / 重力波 / スーパーコンピューティング / ニュートリノ輻射輸送 / 多次元流体シミュレーション / 核密度状態方程式 / 中性子星 / 超新星 / 電磁波放射 / 一般相対論 / 高密度状態方程式 / 数値シミュレーション / スーパーコンピュータ / マルチメッセンジャー / 輻射流体力学 / 数値流体力学 / 状態方程式

研究成果の概要

多様な大質量星に対して多次元のニュートリノ輻射輸送シミュレーションを実行し、中心核(コア)における重力開始から爆発の開始に至るまでの動的進化を調べ、コアの重力収縮度が爆発の成否に本質的であることを示した。特に、爆発後7秒に至るまでの長時間進化を明らかにし、マルチメッセンジャー（重力波、ニュートリノ、電磁波放射）の相関解析を可能にした。特筆すべきは、スーパーカミオカンデによるニュートリノ観測が、重力波の観測可能性を飛躍的に高めることを指摘した点である。光学観測に関しては、天の川銀河の全領域に対して超新星のフォローアップ観測ができるよう、使用すべき望遠鏡の選定・観測戦略を精査した。

研究成果

• [国際共同研究] バージニア工科大学(米国)
• [国際共同研究] バーゼル大学(スイス)
• [雑誌論文] Three-dimensional simulations of rapidly rotating core-collapse supernovae: finding a neutrino-powered explosion aided by non-axisymmetric flows (2016)
  • 著者名/発表者名: Takiwaki, Tomoya; Kotake, Kei; Suwa, Yudai
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 巻: 461 号: 1 ページ: L112-L116
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slw105
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multi-messenger signals of long-term core-collapse supernova simulations : synergetic observation strategies (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, K., Horiuchi, S., Tanaka, M., Hayama, K., Takiwaki, T., & Kotake, K
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 461 号: 3 ページ: 3296-3313
  • DOI: 10.1093/mnras/stw1453
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A New Gravitational-wave Signature from Standing Accretion Shock Instability in Supernovae (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuroda, Takami; Kotake, Kei; Takiwaki, Tomoya
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 829 号: 1 ページ: L14-L14
  • DOI: 10.3847/2041-8205/829/1/l14
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent Status of Multi-Dimensional Core-Collapse Supernova Models (2016)
  • 著者名/発表者名: Kotake, Kei; Nakamura, Ko; Takiwaki, Tomoya
  • 雑誌名: Astronomy in Focus 巻: 29A 号: A29A ページ: 340-344
  • DOI: 10.1017/s1743921316003239
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A New Multi-energy Neutrino Radiation-Hydrodynamics Code in Full General Relativity and Its Application to the Gravitational Collapse of Massive Stars (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuroda, Takami; Takiwaki, Tomoya; Kotake, Kei
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 222 号: 2 ページ: 20-20
  • DOI: 10.3847/0067-0049/222/2/20
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Criterion of Supernova Explosion Revisited: The Mass Accretion History (2016)
  • 著者名/発表者名: Suwa, Yudai; Yamada, Shoichi; Takiwaki, Tomoya; Kotake, Kei
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 816 号: 1 ページ: 43-43
  • DOI: 10.3847/0004-637x/816/1/43
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Systematic features of axisymmetric neutrino-driven core-collapse supernova models in multiple progenitors (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Ko; Takiwaki, Tomoya; Kuroda, Takami; Kotake, Kei
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 号: 6 ページ: 10716-10716
  • DOI: 10.1093/pasj/psv073
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetohydrodynamic Turbulence Powered by Magnetorotational Instability in Nascent Protoneutron Stars (2015)
  • 著者名/発表者名: Masada, Youhei, Takiwaki, Tomoya, Kotake, Kei
  • 雑誌名: ApJ Letters 巻: 798 号: 1 ページ: 22-22
  • DOI: 10.1088/2041-8205/798/1/l22
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An investigation into surface temperature distributions of high-magnetic-field pulsars (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Yasutake, K. Kotake, M. Kutsuna and T. Shigeyama
  • 雑誌名: Publications of The Astronomical Society of Japan 巻: 66 号: 2 ページ: 50-71
  • DOI: 10.1093/pasj/psu009
  • NAID: 40020091189
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Comparison of Two- and Three-dimensional Neutrino-hydrodynamics Simulations of Core-collapse Supernovae (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Takiwaki, K. Kotake and Y. Suwa
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 786 号: 2 ページ: 83-83
  • DOI: 10.1088/0004-637x/786/2/83
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impacts of Rotation on Three-dimensional Hydrodynamics of Core-collapse Supernovae (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Kuroda, T. Takiwaki and K. Kotake
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 793 号: 1 ページ: 45-45
  • DOI: 10.1088/0004-637x/793/1/45
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The red supergiant and supernova rate problems: implications for core-collapse supernova physics (2014)
  • 著者名/発表者名: Horiuchi, S, Nakamura, K, Takiwaki, T, Kotake, K, Tanaka, M
  • 雑誌名: MNRAS Letters 巻: 445 号: 1 ページ: L99-L103
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slu146
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Status of Gravitational Wave Signatures of Core-Collapse Supenovae (2017)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: Workshop on Core Collapse Supernovae, their signatures in gravitational waves and their detection with ground-based laser interferometers
  • 発表場所: Pasadena, California
  • 年月日: 2017-03-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multimessenger predictions from 3D Core-Collapse Supernova Models (2017)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: the Symposium IAUS 331: "SN 1987A, 30 years later"
  • 発表場所: St-Gilles-Les-Bains, La Reunion Island
  • 年月日: 2017-02-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超新星の爆発メカニズムの現状・展望:SKAを含むマルチメッセンジャー観測へ向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 固武 慶
  • 学会等名: 日本SKA合同サイエンス会議「宇宙磁場：銀河系内現象から大規模構図へ」
  • 発表場所: 山形蔵王(ルーセントタカミヤ)
  • 年月日: 2016-10-27
  • 招待講演
• [学会発表] 超新星の爆発メカニズムとマルチメッセンジャー (2016)
  • 著者名/発表者名: 固武 慶
  • 学会等名: コンパクト天体における高エネルギー現象
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス宇宙線研究所
  • 年月日: 2016-10-11
  • 招待講演
• [学会発表] 重力崩壊型超新星の時間軸天文学:マルチメッセンジャー追跡観測に向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 固武 慶
  • 学会等名: 日本天文学会 企画セッション「重力波初検出の意義と重力波天文学の幕開け」
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14
  • 招待講演
• [学会発表] Neutrino Signatures of Tumbling Supernova Cores in 3D (2016)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: the Institute for Nuclear Theory workshop "Flavor Observations with Supernova Neutrinos"
  • 発表場所: Seattle, University of Washington
  • 年月日: 2016-08-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The explosion mechanisms of core-collapse supernovae: how to blow up massive stars (2016)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: School of Nuclei in the Cosmos XIV
  • 発表場所: 新潟大学
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gravitational Wave Signatures from 3D Core-Collapse Supernova Models (2016)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: Workshop on Numerical Relativity in matter spacetimes for GW astronomy
  • 発表場所: The University-Enterprise Foundation of Valencia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Explosion theory of core-collapse supernovae (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: IAU XXIV general assembly: Bridging Laboratory Astrophysics and Astronomy
  • 発表場所: Honolulu Convention Centre, Hawaii
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Probing Supernova Core-Collapse Physics with Gravitational Wave Detections (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: Fourteenth Marcel Grossmann (MG14)
  • 発表場所: University of Rome La Spienza, Rome
  • 年月日: 2015-07-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Peeling the Nature of Core-Collapse Supernovae by Multi-Messenger observables (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: : Fifty-One Erg - International Conference on the physics and observations of supernovae and supernova remnants
  • 発表場所: NC State University, USA
  • 年月日: 2015-06-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超新星モデルの現状とニュートリノ信号 (2015)
  • 著者名/発表者名: 固武 慶
  • 学会等名: Astrophysics in Hyper-K
  • 発表場所: 神戸大学(瀧川記念学術交流会館)
  • 年月日: 2015-05-18
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-D Core-Collapse Supernova Models and the Multi-Messenger Observables (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: International Workshop on Neutrino Physics and Astrophysics
  • 発表場所: Mimar Sinan Fine Arts University, Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] ポスト「京」で迫る超新星の統一的描像 (2015)
  • 著者名/発表者名: 固武 慶
  • 学会等名: HPCI戦略プログラム分野5「物質と宇宙の起源と構造」全体シンポジウム
  • 発表場所: 紀尾井フォーラム
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-12
• [学会発表] Multimessenger observables from core-collapse supernovae: some strategies (2014)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: Brainstorming meeting
  • 発表場所: Basel University, Basel, Switzerland
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Multimessenger observables from multi-D core-collapse supernova simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: Nuclear Physics and Astrophysics of Neutron-Star Mergers and Supernovae, and the Origin of R-Process Elements
  • 発表場所: ECT*, Trento, Italy
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-D Core-Collapse Supernova Explosions and the Multi-Messenger Observables (2014)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: The 40th COSPAR Scientific assembly
  • 発表場所: Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
  • 年月日: 2014-08-02 – 2014-08-10
  • 招待講演
• [図書] Handbook of Supernovae (2016)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake, Takami Kuroda
  • 総ページ数: 26
  • 出版者: Springer International Publishing
• [備考] 固武 慶のホームページ
  • URL: http://www.cis.fukuoka-u.ac.jp/~kkotake/kotake.html