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2021 年度 実績報告書

Studying supernova explosions via their neutrino emissions

計画研究

研究領域重力波物理学・天文学:創世記
研究課題/領域番号 17H06365
研究機関東京大学

研究代表者

ヴァギンズ マーク  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (90509902)

研究分担者 松古 栄夫  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 計算科学センター, 助教 (10373185)
住吉 光介  沼津工業高等専門学校, 教養科, 教授 (30280720)
小汐 由介  岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (80292960)
原田 了  国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 基礎科学特別研究員 (80844795)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
キーワードgravitational wave / neutrino / supernova
研究実績の概要

On the experimental side, the primary research achievement in FY2021 was the continuous collection of neutron-tagged data after having finally added the very first gadolinium salt to the water of Super-Kamiokande (SK) during FY2020. With 0.01% by mass of Gd3+ ions in the SK water providing ~50% neutron capture efficiency, we have accumulated over 1.5 years of data with what is essentially a brand-new SK detector. The data are being analyzed in the search for supernova neutrino interactions from extremely distant (z=1) explosions. This year we have also prepared for a tripling of the Gd loading expected to begin in early FY2022. Finally, SK's realtime supernova detection capabilities have been enhanced via more powerful computing to provide earlier, more useful warning of a galactic SN to the wider community.
On the theory side, we have performed the numerical simulations with a new set of data tables for the equation of state to explore the effect of the dense matter. We have extended the numerical code to perform calculations of the neutrino radiation hydrodynamics with the Boltzmann solver in general relativity. We made predictions of the neutrino burst events at Super-Kamiokande for different sets of equation of state and examined the ability to distinguish the signals. We have also applied the neutrino big data to explore occurrence of the collective neutrino oscillation and the Eddington tensor.

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (81件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (20件) (うち国際共著 10件、 査読あり 20件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (57件) (うち国際学会 16件、 招待講演 10件)

  • [国際共同研究] Max Plank Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Plank Institute
  • [国際共同研究] Virgina Tech./University of California Irvine(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Virgina Tech./University of California Irvine
  • [国際共同研究] University Autonoma Madrid(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      University Autonoma Madrid
  • [国際共同研究] Tsinghua University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Tsinghua University
  • [雑誌論文] Protoneutron Star Convection Simulated with a New General Relativistic Boltzmann Neutrino Radiation Hydrodynamics Code2023

    • 著者名/発表者名
      Akaho Ryuichiro、Harada Akira、Nagakura Hiroki、Iwakami Wakana、Okawa Hirotada、Furusawa Shun、Matsufuru Hideo、Sumiyoshi Kohsuke、Yamada Shoichi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 944 ページ: 60~60

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acad76

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observing Supernova Neutrino Light Curves with Super-Kamiokande. II. Impact of the Nuclear Equation of State2022

    • 著者名/発表者名
      Nakazato Ken’ichiro、Nakanishi Fumi、Harada Masayuki、Koshio Yusuke、Suwa Yudai、Sumiyoshi Kohsuke、Harada Akira、Mori Masamitsu、Wendell Roger A.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 925 ページ: 98~98

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac3ae2

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Prospects of Fast Flavor Neutrino Conversion in Rotating Core-collapse Supernovae2022

    • 著者名/発表者名
      Harada Akira、Nagakura Hiroki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 924 ページ: 109~109

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac38a0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deep Learning of the Eddington Tensor in Core-collapse Supernova Simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Harada Akira、Nishikawa Shota、Yamada Shoichi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 925 ページ: 117~117

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac3998

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First gadolinium loading to Super-Kamiokande2022

    • 著者名/発表者名
      Abe K. et. al.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 1027 ページ: 166248~166248

    • DOI

      10.1016/j.nima.2021.166248

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of nuclear matter and composition in core-collapse supernovae and long-term proto-neutron star cooling2022

    • 著者名/発表者名
      Sumiyoshi Kohsuke、Furusawa Shun、Nagakura Hiroki、Harada Akira、Togashi Hajime、Nakazato Ken’ichiro、Suzuki Hideyuki
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 ページ: -

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac167

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observing Supernova Neutrino Light Curves with Super-Kamiokande. III. Extraction of Mass and Radius of Neutron Stars from Synthetic Data2022

    • 著者名/発表者名
      Suwa Yudai、Harada Akira、Harada Masayuki、Koshio Yusuke、Mori Masamitsu、Nakanishi Fumi、Nakazato Ken’ichiro、Sumiyoshi Kohsuke、Wendell Roger A.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 934 ページ: 15~15

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac795e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Principal-axis Analysis of the Eddington Tensor for the Early Post-bounce Phase of Rotational Core-collapse Supernovae2022

    • 著者名/発表者名
      Iwakami Wakana、Harada Akira、Nagakura Hiroki、Akaho Ryuichiro、Okawa Hirotada、Furusawa Shun、Matsufuru Hideo、Sumiyoshi Kohsuke、Yamada Shoichi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 933 ページ: 91~91

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac714b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Search for solar electron anti-neutrinos due to spin-flavor precession in the Sun with Super-Kamiokande-IV2022

    • 著者名/発表者名
      Abe K. et. al.
    • 雑誌名

      Astroparticle Physics

      巻: 139 ページ: 102702~102702

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2022.102702

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pre-supernova Alert System for Super-Kamiokande2022

    • 著者名/発表者名
      Machado L. N. et. al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 935 ページ: 40~40

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac7f9c

    • 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 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.043026

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Stability analysis of supermassive primordial stars: a new mass range for general relativistic instability supernovae2022

    • 著者名/発表者名
      Nagele Chris、Umeda Hideyuki、Takahashi Koh、Yoshida Takashi、Sumiyoshi Kohsuke
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 517 ページ: 1584~1600

    • DOI

      10.1093/mnras/stac2495

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Leptonic and semi-leptonic neutrino interactions with muons in proto-neutron star cooling2022

    • 著者名/発表者名
      Sugiura Ken’ichi、Furusawa Shun、Sumiyoshi Kohsuke、Yamada Shoichi
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2022 ページ: -

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac118

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical study of stellar core collapse and neutrino emission using the nuclear equation of state obtained by the variational method2021

    • 著者名/発表者名
      Nakazato Ken’ichiro、Sumiyoshi Kohsuke、Togashi Hajime
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 73 ページ: 639~651

    • DOI

      10.1093/pasj/psab026

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gravitational wave physics and astronomy in the nascent era2021

    • 著者名/発表者名
      Arimoto Makoto et.al.
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab042

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Stability of the protoneutron stars towards black hole formation2021

    • 著者名/発表者名
      Sotani Hajime、Sumiyoshi Kohsuke
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 507 ページ: 2766~2776

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neutrino emission from the collapse of 10,000 Solar Mass Population III supermassive stars2021

    • 著者名/発表者名
      Nagele Chris、Umeda Hideyuki、Takahashi Koh、Yoshida Takashi、Sumiyoshi Kohsuke
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 508 ページ: 828~841

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2592

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Equation of state and neutrino transfer in supernovae and neutron stars2021

    • 著者名/発表者名
      Sumiyoshi Kohsuke
    • 雑誌名

      The European Physical Journal A

      巻: 57 ページ: -

    • DOI

      10.1140/epja/s10050-021-00644-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Search for Neutrinos in Coincidence with Gravitational Wave Events from the LIGO?Virgo O3a Observing Run with the Super-Kamiokande Detector2021

    • 著者名/発表者名
      Abe K. et.al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 918 ページ: 78~78

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac0d5a

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Diffuse supernova neutrino background search at Super-Kamiokande2021

    • 著者名/発表者名
      Abe K. et.al.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 104 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.104.122002

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Probing the properties of the neutron star in SN1987A using neutrino observation data2023

    • 著者名/発表者名
      Akira Harada
    • 学会等名
      Workshop on Neutrino Interaction Measurements for Supernova Neutrino Detection
    • 国際学会
  • [学会発表] 超新星SN1987Aからのニュートリノ信号再解析による中性子星NS1987Aのパラメータ推定2023

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] 超新星SN1987Aからのニュートリノ信号再解析による中性子星NS1987Aのパラメータ推定2023

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      第9回超新星ニュートリノ研究会
  • [学会発表] 連星中性子星合体後の長期進化におけるニュートリノ輻射輸送2023

    • 著者名/発表者名
      住吉光介
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] 状態方程式データテーブルの経歴2023

    • 著者名/発表者名
      住吉光介
    • 学会等名
      研究会「中性子星・超新星におけるニュートリノ・原子核物理」
    • 招待講演
  • [学会発表] Supernova neutrino bursts in Super-Kamiokande2023

    • 著者名/発表者名
      G. Pronost
    • 学会等名
      International Conference on the Physics of the Two infinities
    • 国際学会
  • [学会発表] International Conference on the Physics of the Two infinities2023

    • 著者名/発表者名
      H. Zhuojun
    • 学会等名
      International Conference on the Physics of the Two infinities
    • 国際学会
  • [学会発表] SK-Gd実験におけるGd質量濃度0.01%での超新星背景ニュートリノ探索2023

    • 著者名/発表者名
      M. Harada
    • 学会等名
      第9回超新星ニュートリノ研究会
  • [学会発表] SK-GdのGd追加導入と現状2023

    • 著者名/発表者名
      K. Hosokawa
    • 学会等名
      第9回超新星ニュートリノ研究会
  • [学会発表] SK-Gdにおける超新星爆発モデルの区別と方向決定精度の評価2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Kashiwagi
    • 学会等名
      第9回超新星ニュートリノ研究会
  • [学会発表] スーパーカミオカンデでの超新星ニュートリノ観測における酸素原子核反応の研究2023

    • 著者名/発表者名
      F. Nakanishi
    • 学会等名
      第9回超新星ニュートリノ研究会
  • [学会発表] Joint Pre-Supernova Monitor with Super-Kamiokande and KamLAND2023

    • 著者名/発表者名
      H. Zhuojun
    • 学会等名
      第9回超新星ニュートリノ研究会
  • [学会発表] SK-Gd実験での超新星背景ニュートリノ探索における大気ニュートリノ背景事象の研究2023

    • 著者名/発表者名
      S. Sakai
    • 学会等名
      第9回超新星ニュートリノ研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] SK-Gd の現状と期待される物理2023

    • 著者名/発表者名
      T. Yano
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] スーパーカミオカンデにおける中性子検出手法の開発及び性能評価2023

    • 著者名/発表者名
      S. Han
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SK-Gdにおける中性子捕獲事象検出方法の評価と改善2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanemura
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SK-Gdでの中性子検出を用いた大気ニュートリノ再構成と振動解析2023

    • 著者名/発表者名
      S. Miki
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SK-Gd実験におけるGd質量濃度0.01%での超新星背景ニュートリノ探索結果2023

    • 著者名/発表者名
      M. Harada
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SK-Gd実験での超新星背景ニュートリノ探索における大気ニュートリノバックグラウンド事象の研究2023

    • 著者名/発表者名
      S. Sakai
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] Supernova monitoring status in Super-Kamiokande2023

    • 著者名/発表者名
      G. Pronost
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SK-Gdにおける超新星爆発モデルの区別と方向決定精度の評価2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Kashiwagi
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] スーパーカミオカンデ-ガドリニウム実験における宇宙線ミューオン起源の9Li同位核生成の測定2023

    • 著者名/発表者名
      M. Shinoki
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] Dirac-Brueckner-Hartree-Fock計算に基づいた状態方程式テーブルによる超新星および原始中性子星の数値シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      住吉光介、古澤峻、長倉洋樹、中里健一郎、鈴木英之
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] 核物質状態方程式を考慮した超新星ニュートリノ観測テンプレートの開発2022

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      令和3年度東京大学宇宙線研共同利用研究成果発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] 富岳における3次元重力崩壊型超新星計算の進捗状況2022

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      「富岳で加速する素粒子・原子核・宇宙・惑星」シンポジウム
  • [学会発表] 超新星爆発における回転誘起型ニュートリノ集団振動2022

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      第8回超新星ニュートリノ研究会
  • [学会発表] 超新星SN1987Aからのニュートリノ信号再解析による中性子星NS1987Aのパラメータ推定2022

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      第三回新学術「地下宇宙」若手研究会
  • [学会発表] 超新星ダイナミクスとニュートリノ運動量分布2022

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      重力波天文学時代における超新星研究
  • [学会発表] 星の重力崩壊計算のための一般相対論的ボルツマン輻射流体コードの開発2022

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
  • [学会発表] Probing the properties of NS1987A in SN1987A using neutrino observation data2022

    • 著者名/発表者名
      Akira Harada
    • 学会等名
      SuperVirtual 2022 - From Common to Exotic Transients -
    • 国際学会
  • [学会発表] Rotation-induced collective neutrino oscillation in a core-collapse supernova2022

    • 著者名/発表者名
      Akira Harada
    • 学会等名
      NEUTRINO 2022 XXX International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics
    • 国際学会
  • [学会発表] 超新星SN1987Aからのニュートリノ信号再解析による中性子星NS1987Aのパラメータ推定2022

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      第35回 理論懇シンポジウム「理論天文学・宇宙物理学の広がり:さらなる発展に向けて」
  • [学会発表] Progress of supernova simulations with Boltzmann neutrino transport: C02 theory2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sumiyoshi
    • 学会等名
      Symposium on Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
    • 国際学会
  • [学会発表] 状態方程式テーブルでの原子核組成の違いによる超新星・原始中性子星への影響2022

    • 著者名/発表者名
      住吉光介
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 超新星における状態方程式の影響と残された課題2022

    • 著者名/発表者名
      住吉光介
    • 学会等名
      研究会「重力波天文学時代における超新星研究」
  • [学会発表] Recent oscillation results and future prospects of Super-Kamiokande2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Takeuchi
    • 学会等名
      NOW2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pre-Supernova Alert System for Super-Kamiokande with Gadolinium2022

    • 著者名/発表者名
      L. N. Machado
    • 学会等名
      ICNFP2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of neutron tagging efficiency for SK-Gd experiment2022

    • 著者名/発表者名
      M. Harada
    • 学会等名
      ICHEP2022
    • 国際学会
  • [学会発表] HP-Ge detectors for controlling the very low levels of Radioactive Contaminations in the Gadolinium salt needed at the Super-Kamiokande Gd experiment2022

    • 著者名/発表者名
      L. Labarga
    • 学会等名
      UGAP2022
    • 国際学会
  • [学会発表] SK-Gd2022

    • 著者名/発表者名
      M. Vagins
    • 学会等名
      Neutrino 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The New Super-Kamiokande Pre-Supernova Alert System2022

    • 著者名/発表者名
      L. N. Machado
    • 学会等名
      Neutrino 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] The Super-Kamiokande Pre-Supernova Alert System2022

    • 著者名/発表者名
      L. N. Machado
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SK-Gd実験の現状と展望2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Koshio
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] (シンポジウム )2022 夏、SK-Gdによる超新星ニュートリノ高感度観測開始2022

    • 著者名/発表者名
      M. Ikeda
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] SK-Gd実験のための硫酸ガドリニウム・8水和物の不純物測定2022

    • 著者名/発表者名
      K. Hosokawa
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SK-Gd実験における中性子同定と超新星背景ニュートリノ探索の現状2022

    • 著者名/発表者名
      M. Harada
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SK-Gd 実験における超新星背景ニュートリノ探索に向けた信号事象のシミュレーションとトリガー手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      S. Izumiyama
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] Influences of Nuclear EOS on Core-collapse Supernova Simulations by the Boltzmann-radiation-hydrodynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Akira Harada
    • 学会等名
      Probe into core-collapse SuperNovae via Gravitational-Wave and neutrino signals (SNeGWv2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Possible collective neutrino oscillation induced by rotation in a core-collapse supernova simulation with the Boltzmann neutrino transport2021

    • 著者名/発表者名
      Akira Harada
    • 学会等名
      INT Electronic Workshop 21-79W New Directions in Neutrino Flavor Evolution in Astrophysical Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超新星爆発におけるニュートリノ集団振動2021

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      高エネルギー現象で探る宇宙の多様性I
  • [学会発表] ボルツマン輻射流体計算で探る超新星爆発における原子核組成の影響2021

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      日本天文学会2021年秋季年会
  • [学会発表] ボルツマン輻射流体シミュレーションで探る超新星爆発での核物質状態方程式の役割2021

    • 著者名/発表者名
      原田了
    • 学会等名
      ー中性子星の観測と理論ー研究活性化ワークショップ2021
  • [学会発表] スーパーカミオカンデアップグレード2021

    • 著者名/発表者名
      関谷洋之
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会・シンポジウム
  • [学会発表] SK-Gdにおける超新星観測の現状と展望2021

    • 著者名/発表者名
      中島康博
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会・シンポジウム
  • [学会発表] 超新星背景ニュートリノ精密観測2021

    • 著者名/発表者名
      小汐由介
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会・シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Supernova neutrino detection in Super-Kamiokande2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Koshio
    • 学会等名
      INT workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Status and prospects of the Super-Kamiokande and the Hyper-Kamiokande experiment2021

    • 著者名/発表者名
      中島康博
    • 学会等名
      KEK素核研招聘セミナー
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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