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連星中性子星合体によるマグネター形成と核物質状態方程式

公募研究

研究領域実験と観測で解き明かす中性子星の核物質
研究課題/領域番号 15H00836
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

木内 建太  京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (40514196)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード重力波 / 数値相対論 / マグネター / 宇宙物理 / 天体物理学
研究実績の概要

2015年9月14日にアメリカのLIGOが人類初の重力波直接検出に成功した。波源は連星ブラックホールの合体と推定され、重力波と連星ブラックホールの実在証明が初めて与えられた。さらに2015年12月26日にはもう一例の連星ブラックホール合体からの重力波観測が成功した。この観測をもって重力波天文学が開闢した。
そこで本申請課題では連星中性子星に焦点を当てて研究を行った。連星中性子星は現在までに実在証明が与えられている天体であり、宇宙年齢以内に重力波放出により合体することが知られている。日本のKARGAを含めた重力波干渉計の世界的ネットワークの構築が進んでいるが、連星中性子星合体はこれらの干渉計の重要なターゲットの一つである。
特に連星中性子星合体からの重力波からは中性子星物質の真の状態方程式、ショートガンマ線バーストの中心動力源、宇宙における鉄より重い元素の起原に関して重要な知見が得られるため、その観測がもたらす情報は連星ブラックホール合体からの重力波の持つ情報とは質的に異なる。そこで本申請課題では中性子星を特徴付ける重要な物理量である磁場に焦点をあて、中性子星磁場が連星合体の過程にどのような影響を与えるかを数値相対論シミュレーションで調べた。スーパーコンピューター京や国立天文台アテルイを使用して、既存の研究より遥かに高い解像度のシミュレーションを実行した。その結果を以下に要約する。
合体時の星の接触面は逆向きの速度場が存在するため、ケルビンーヘルムホルツ不安定性が発現し乱流渦が生成される。この渦に磁場が巻かれ、磁場が合体後数ミリ秒間に少なくとも1,000倍程度効率的に増幅される様子がシミュレーションからわかった。さらに合体後には磁気回転不安定性により磁気乱流状態が実現される。この結果実行的な粘性が生み出され、合体後の進化の描像を定性的に変え得るという帰結を本研究を通して得た。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 11件、 招待講演 8件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Colombia University/University of California, Berkeley/Pennsylvania State University(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] バレンシア大学(スペイン)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校/ペンシルバニア州立大学/コロンビア大学(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Dynamical mass ejection from the merger of asymmetric binary neutron stars: Radiation-hydrodynamics study in general relativity2016

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Masaru Shibata, and Keisuke Taniguchi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 93 号: 12 ページ: 124046-124046

    • DOI

      10.1103/physrevd.93.124046

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multi-Messenger Tests for Fast-Spinning Newborn Pulsars Embedded in Stripped-Envelope Supernovae2016

    • 著者名/発表者名
      Kashiyama, Kazumi and Murase, Kohta and Bartos, Imre and Kiuchi, Kenta and Margutti, Raffaella
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 818 号: 1 ページ: 94-94

    • DOI

      10.3847/0004-637x/818/1/94

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High-resolution magnetohydrodynamics simulation of black hole-neutron star merger: Mass ejection and short gamma-ray burst2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi, Yuichiro Sekiguchi, Koutarou Kyutoku, Masaru Shibata, Keisuke Taniguchi, and Tomohide Wade
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 92 号: 6 ページ: 064034-064034

    • DOI

      10.1103/physrevd.92.064034

    • NAID

      120005690189

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Efficient magnetic-field amplification due to the Kelvin-Helmholtz instability in binary neutron star mergers2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi, Pablo Cerda-Duran, Koutarou Kyutoku, Yuichiro Sekiguchi, Masaru Shibata
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 92 号: 12 ページ: 124034-124034

    • DOI

      10.1103/physrevd.92.124034

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 数値相対論シミュレーションによるコンパクト連星合体に関する理解の現状と今後の課題2017

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      第16回高宇連研究会「高エネルギー宇宙物理学の課題と将来展望」
    • 発表場所
      名古屋大
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Simulations of binary neutron star mergers2017

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      April Meeting American Physical Society
    • 発表場所
      Washington DC, USA
    • 年月日
      2017-01-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The fate of strongly magnetized remnant massive neutron stars formed in low mass binary neutron star mergers2016

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      The Annual Symposium 2016 on "New Developments in Astrophysics Through Multi-Messenger Observations of Gravitational Wave Sources
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-12-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] コンパクト連星合体の数値相対論シミュレーションの現状と今後の展望2016

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      理論婚シンポジウム2016
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2016-12-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The fate of strongly magnetized remnant massive neutron stars formed in low mass binary neutron star mergers2016

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      Coconut Meeting2016
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      2016-12-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Strongly magnetized neutron star formation in binary neutron star mergers2016

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      NSMAT2016
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2016-11-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gravitational waves from a binary composed of BH and/or NS2016

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 重力波シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      日本天文学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Gravitational waves from compact binary mergers and numerical relativity2016

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      The Seventh Summer School on Frontiers of Theoretical Physics ― Gravitation and Cosmology (NSFC) / 2016 AP Summer School and Workshop on Gravitation and Cosmology (APCTP-ITP-NCTS-YITP Joint Program)
    • 発表場所
      Changsha, China
    • 年月日
      2016-06-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The role of magnetic fields in compact binary mergers2016

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      The first observation of a binary black hole merger: Status and future prospects
    • 発表場所
      Hannover, Germany
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低質量連星中性子星合体の長時間進化2016

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      仙台、日本
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 低質量連星中性子星の長時間発展2016

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      日本天文学会2016年春季年会
    • 発表場所
      八王子、日本
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] General relativistic magnetohydrodynamics simulations of compact binary mergers on K2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta, Kiuchi
    • 学会等名
      Symposium on Quarks to Universe in Computational Science
    • 発表場所
      奈良、日本
    • 年月日
      2015-11-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent progress of the compact binary merger simulations in Kyoto numerical relativity group2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta, Kiuchi
    • 学会等名
      Hot topics in General Relativity and Gravitation
    • 発表場所
      Quy Nhon, Vietnam
    • 年月日
      2015-08-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical Relativity simulation of the merger of black hole and magnetized neutron star binaries2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta, Kiuchi
    • 学会等名
      Gravitational Wave Physics and Astronomy workshop 2015
    • 発表場所
      大阪、日本
    • 年月日
      2015-06-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical relativity simulation of the merger of black hole- magnetized neutron star binaries2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta, Kiuchi
    • 学会等名
      BNS2015 workshop
    • 発表場所
      THESSALONIKI, GREECE
    • 年月日
      2015-05-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent progress of the binary neutron star merger simulations in numerical relativity2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta, Kiuchi
    • 学会等名
      International Conference on Gravitation and Cosmology, and the fourth Galileo-Xu Guangqi Meeting
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2015-05-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~kenta.kiuchi/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Home page

    • URL

      http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~kenta.kiuchi/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-01-28  

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