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ブラックホール-磁場中性子星合体に関する数値的研究

公募研究

研究領域重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
研究課題/領域番号 25103510
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, 研究員 (40514196)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード重力波 / ガンマ線バースト / 数値相対論 / ブラックホール―中性子星連星合体
研究実績の概要

本研究課題では2018年頃に本格化する重力波直接観測に備え、ブラックホール―中性子星合体のモデル化を数値相対論の枠組みで行った。特に中性子星の普遍的な性質である磁場に焦点を充て、数値相対論ー磁気流体の高解像度シミュレーションを実行した。
数値コストの観点から、潮汐破壊が起こる興味深いモデルを選定した。具体的にはAkmal-Pandhalipande-Ravenhall状態方程式、ブラックホール―中性子星質量比4、中性子星質量1.35太陽質量、ブラックホール無次元スピン0.75と設定した。潮汐破壊によって形成される降着円盤に高い解像度を割り当てる為、多層格子法を実装した数値コードを開発した。シミュレーションの結果、潮汐破壊により形成された降着円盤内部で磁気回転不安定性による磁場増幅が起こり、磁気乱流が発達する事が分かった。乱流粘性が生成され、角運動量輸送の結果円盤内部での質量降着率が上昇する。この降着エネルギーは円盤内縁付近で乱流粘性によって熱化される。円盤表面付近の流体要素はこの熱圧力により動径方向へ加速され、やがて重力的束縛から逃れる。上記の機構により降着円盤から円盤風が駆動する事が判明した。円盤風が駆動されると円盤上空に漏斗型の壁が形成され、また磁力線の凍結により動径方向に揃った磁場が出来る為、円盤表面付近の磁気圧が強くなる。ブラックホールの回転軸上にはもともと物質が存在しない為、漏斗型の壁からの圧力及び磁気圧によりブラックホール上空に物質が押し込まれ、やがて磁気圏を形成する。このようにショートガンマ線バーストにとって物理的に都合の良い状況が自然に形成される事が分かった。Blandford-Znajek光度を評価したところ、エネルギーの小さなショートガンマ線バーストを説明できる程度の値になることが判明した。結果をまとめた論文を投稿中である。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (23件) (うち招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] The dynamical mass ejection from binary neutron star mergers: Radiation-hydrodynamics study in general relativity2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Sekiguchi, K. Kiuchi, K. Kyutoku, and M. Shibata
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 91 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevd.91.064059

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Radioactively Powered Emission from Black Hole-Neutron Star Mergers2014

    • 著者名/発表者名
      M. Tanaka, K. Hotokezaka, K. Kyutoku, S. Wanajo, K. Kiuchi, Y. Sekiguchi, and M. Shibata
    • 雑誌名

      Astrophysics Journal

      巻: 780 号: 1 ページ: 31-40

    • DOI

      10.1088/0004-637x/780/1/31

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Influence of Thermal Pressure on Equilibrium Models of Hypermassive Neutron Star Merger Remnants2014

    • 著者名/発表者名
      J. D. Kaplan, C. D. Ott, E. P. O'Connor, K. Kiuchi, L. Roberts and M. Duez
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 790 号: 1 ページ: 19-19

    • DOI

      10.1088/0004-637x/790/1/19

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Production of all the r-process nuclides in the dynamical ejecta of neutron star mergers2014

    • 著者名/発表者名
      S. Wanajo, Y. Sekiguchi, N. Nishimura, K. Kiuchi, K. Kyutoku, and M. Shibata,
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal Letters

      巻: 789 号: 2 ページ: L39-L39

    • DOI

      10.1088/2041-8205/789/2/l39

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High-resolution numerical-relativity simulations for the merger of binary magnetized neutron stars2014

    • 著者名/発表者名
      K. Kiuchi, K. Kyutoku, Y. Sekiguchi, M. Shibata, and T. Wada
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 90 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevd.90.041502

    • NAID

      120005469581

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Progenitor models of the electromagnetic transient associated with the s hort GRB 130603B2013

    • 著者名/発表者名
      K. Hotokezaka, K. Kyutoku, M. Tanaka, K. Kiuchi, Y. Sekiguchi, M. Shibata, and S. Wanajo
    • 雑誌名

      Astrophysics Journal

      巻: 778 号: 1 ページ: 16-21

    • DOI

      10.1088/2041-8205/778/1/l16

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 連星中性子星合体時のケルビン-ヘルムホルツ不安定性における磁場増幅2015

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学、東京
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 京を用いた連星磁場中性子星合体の数値相対論シミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      日本天文学会2015年春季大会
    • 発表場所
      大阪大学、大阪
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Magnetized binary neutron star merger simulations in numerical relativity2015

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      重力波新学術領域第3回シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2015-02-19 – 2015-02-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ブラックホール―中性子星連星合体2015

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      基研研究会「コンパクト連星合体からの重力波・電磁波放射とその周辺領域」
    • 発表場所
      京都大学、京都
    • 年月日
      2015-02-12 – 2015-02-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 京を用いた連星磁場中性子星合体の数値相対論シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      第27回理論懇シンポジウム
    • 発表場所
      国立天文台
    • 年月日
      2014-12-24 – 2014-12-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Simulations of the magnetized binary neutron star merger on K computer2014

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      Conclusion Workshop of SFB/TR7 "Gravitational Wave Astronomy"
    • 発表場所
      Jena University, Germany
    • 年月日
      2014-12-01 – 2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 連星中性子星合体における磁場増幅2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学研究会2014
    • 発表場所
      九州大学西新キャンパス、福岡
    • 年月日
      2014-11-23 – 2014-11-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 京を用いた連星磁場中性子星の数値相対論シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      PLASMA2014
    • 発表場所
      新潟朱鷺メッセ
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The simulation of magnetized binary neutron star mergers on K2014

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      The 24th Workshop on General Relativity and Gravitation
    • 発表場所
      Kavli IPMU, the University of Tokyo
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ラックホール 磁場中性子星連星合体2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      理論天文学研究会2014
    • 発表場所
      休暇村、館山
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 連星中性子星合体における磁場増幅機構2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      第2回DTAシンポジウム
    • 発表場所
      国立天文台、三鷹
    • 年月日
      2014-10-27 – 2014-10-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 連星中性子星合体における磁場の役割2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      新学術領域「実験と観測で解き明かす中性子星の核物質」第3回研究会
    • 発表場所
      熱川、静岡
    • 年月日
      2014-09-23 – 2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 京を用いた連星磁場中性子星合体の高解像度数値相対論シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      佐賀大学、佐賀
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Magnetized binary neutron star merger simulations on K2014

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      ERE2014
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      2014-09-01 – 2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Magnetized binary neutron star merger simulations on K2014

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      ASTRONUM2014
    • 発表場所
      Long beach, CA
    • 年月日
      2014-07-23 – 2014-07-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Magnetized binary neutron star merger simulations on K2014

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi
    • 学会等名
      MR2014
    • 発表場所
      Tokyo University
    • 年月日
      2014-05-20 – 2014-05-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 京を用いた磁場連星中性子星合体の数値相対論シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      JpGU2014年大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜会議センター
    • 年月日
      2014-04-29 – 2014-05-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 磁場中性子星-ブラックホール連星合体の数値相対論シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ブラックホール―磁場中性子星連星合体の数値相対論シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      国際基督教大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Black hole-magnetized neutron star binary merger simulation in numerical relativity2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      新学術領域研究「重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開」第2回シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 磁場中性子星連星合体の高解像度シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 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」
    • 発表場所
      富士ソフトアキバプラザ6階セミナールーム1
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] General relativistic simulation of binary neutron star mergers with microphysics2013

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      the Microphysics in Computational Relativistic Astrophysics Workshop 2013
    • 発表場所
      European Center of Theoretical Studies in nuclear physics and related areas
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Generel relativistic simulation of binary neutron star mergers with neutrino cooling2013

    • 著者名/発表者名
      木内建太
    • 学会等名
      General Relativity 20 and Amaldi 10
    • 発表場所
      Warsaw University
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] コンパクト連星合体の数値相対論シミュレーション可視化

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 京都大学重力波物理学研究センター

    • URL

      http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~gravity.wave.centre/gwrc.php

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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