重力崩壊型超新星における高速自転および超強磁場の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14740166
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 山田 章一 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (80251403)
• キーワード: 超新星 / 磁場 / 自転 / ニュートリノ / 非対称 / 中性子星 / 重力波

研究概要

超新星爆発のメカニズムは、過去40年の研究にもかかわらず、いまだに明らかにされていない。最近の球対称シミュレーションの結果を見ると、球対称モデルによる爆発は非常に難しそうである。本研究では、超新星コアの自転と磁場の効果を考慮することにより、この困難を回避できないか探ることを目的としている。昨年度までに開発した軸対称2次元のMHDコードは、現実的な核物質の状態方程式と、近似的ではあるがニュートリノの輸送を取り込んだものになっており、本年度は主にこれを用い多くの数値実験を行い、結果を論文として発表してきた。まず、自転のみを考慮した計算では、自転の速さ、回転則、差動回転の強さをパラメターとしていろいろ変えながら、主にニュートリノがどのように球対称からずれるかを系統的に調べた。それによると、いずれの場合もニュートリノ球が回転で扁平になるため、ニュートリノが回転軸方向に出やすくなることがわかった。また、ニュートリノ球の上では軸に近い方の温度が高く、これら2つの効果によって回転軸付近でニュートリノ加熱が球対称よりも大きくなる可能性を示した。これは超新星爆発のメカニズムにとって非常に重要である可能性がある。一方、磁場を考慮した計算では、磁場の強さもパラメターに加え、磁場形状を一様で回転軸に平行なものとトロイダルなものを考慮して、広いパラメター領域にわたったシミュレーションを行なった。その結果、一様磁場に自転を加えると、回転軸方向にジェット的な衝撃波が伝わることがわかった。初期に強いトロイダル磁場を与えた場合も同じである。磁場はく通常の巻上げだけでなく、磁気回転不安定に起因すると見られる増幅も見出された。これらのことは、マグネター形成にとって重要なだけでなく、より小さな種磁場の増幅による超新星爆発の可能性も示唆しており、今後一層の研究が必要である。

研究成果

• [文献書誌] Kotake, K., Yamada, S., Sato, K: "Anisotropic Neutrino Radiation in Rotational Core Collapse"Astrophysical Journal. 595. 304-316 (2003)
• [文献書誌] Kotake, K., Yamada, S., Sato, K.: "Gravitational Radiation from Axisymmetric Rotational Core Collapse"Physical Review D. 68. 044023 (2003)
• [文献書誌] Nagataki, S., et al.: "Explosive Nucleosynthesis Associated with Formation of Jet-induced GRBs in Massive Stars"Astrophysical Journal. 596. 401-413 (2003)
• [文献書誌] Suzuki, H. et al.: "Protoneutron star cooling with a new equation of state"Nuclear Physics A. 718. 703-705 (2003)
• [文献書誌] Sumiyoshi, K., Suzuki, H., Yamada, S., Toki, H.: "Properties of a relativistic equation of state for collapse-driven supernovae"Nuclear Physics A. 730. 227-251 (2004)
• [文献書誌] Mizuta, A., Yamada, S., Takabe, H.: "Propagation and Dynamics of Relativistic Jets"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)
• [文献書誌] Mizuno, V., Yamada, S., Koide, S., Shibata, K.: "General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Collapsars"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)
• [文献書誌] Kotake, K. et al.: "Gravitational radiation from rotational core collapse : Effects of magnetic fields and realistic equations of states"Physical Review D. in press(未定). (2004)
• [文献書誌] Kohri, K., Yamada, S., Nagataki, S.: "Anisotropic e^+e^- Pressure due to QED Effects in Strong Magnetic Fields and Application to Entropy Production in Neutrino Driven Wind in Supernovae"Astroparticle Physics. in press(未定). (2004)
• [文献書誌] K.Kotake, S.Yamada, K.Sato: "Magnetorotational Effects on Anisotropic Neutrino Emission and Convection in Core Collapse Supernovae"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)
• [文献書誌] S.Yamada, H.Sawai: "Numerical Study on the Rotational Collapse of Strongly Magnetized Cores of Massive Stars"Astrophysical Journal. in press(未定). (2004)