多次元相対論的輻射流体・元素合成計算で探るガンマ線バーストの起源

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05440
• 研究機関: 甲南大学
• 研究代表者: 冨永 望 甲南大学, 理工学部, 准教授 (00550279)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 輻射流体計算 / 超新星爆発 / ガンマ線バースト / 元素合成

研究実績の概要

本研究課題はガンマ線バーストの起源を探るため、多次元多波長相対論的輻射流体計算コードの開発を進めている。平成27年度には以下のような研究を行った。
１．ガンマ線バーストの相対論的ジェット中における核反応を計算し相対論的ジェットに含まれる元素の組成を明らかにした。その結果、相対論的ジェットが磁場によって加速されている場合は、質量数20を超える重い元素が合成されるが、相対論的ジェットが熱エネルギーによって加速される場合は、水素・ヘリウムなどの軽元素のみが含まれることを明らかにした。
２．多次元多波長相対論的輻射流体計算コードの開発に向けて、並進対称性を仮定した座標系ではあるが、球面調和関数を用いて非弾性散乱であるコンプトン散乱を取り扱う多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードの開発を完了し、我々の開発した相対論的光子輸送計算コードとの比較や様々なテスト計算を行い査読論文として発表した。またその際、一般に高エネルギー実験との比較で使用されている電子ガンマ線シャワーソフトウェアを用いて、我々の開発した相対論的光子輸送計算コードと非相対論的な場合にその結果が一致することを確認している。この結果、同手法を用いた多次元多波長相対論的輻射流体計算コードの実現が可能であることを示した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究計画初年度として、球面調和関数を用いて光子の散乱を解き離散座標を用いて光子輸送を計算するSpherical Harmonic Discrete Ordinate Method (SHDOM)という手法を採用した多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードの開発を完了した。その際、一般に高エネルギー実験との比較で使用されている電子ガンマ線シャワーソフトウェアを用いて、我々の開発した相対論的光子輸送計算コードと非相対論的な場合にその結果が一致することを確認している。
また以上の研究と並行して、相対論的ジェットにおける元素合成計算を行った。本研究課題の最終目標である多次元多波長相対論的輻射流体・元素合成計算コードに向けて研究は順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今後は、まず開発した並進対称性を仮定した多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードを、軸対称円柱座標系に拡張し、現実のガンマ線バーストに適用可能な多次元多波長相対論的輻射輸送計算コードの開発を行う。本計算コードの開発と並行して、2016年度より採用された研究員とともに、本計算コードのテストとしてレーザー実験の実験結果との比較を行う。また、開発した計算コードを用いて、相対論的ジェットの流体計算の結果に基づいてガンマ線バーストのスペクトル・光度曲線について理論予言を提出し、ガンマ線バーストの観測との比較を行う予定である。その後、既に開発済みの多次元相対論的流体計算コードと組み合わせることで、多次元多波長相対論的輻射流体・元素合成計算コードの開発を行う。

研究成果

• [国際共同研究] ITEP(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: ITEP
• [国際共同研究] Universidad de Chile/Universidad Andres Bello/European Southern Observatory(チリ)
  • 国名: チリ
  • 外国機関名: Universidad de Chile/Universidad Andres Bello/European Southern Observatory
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] NRI of Astronomy and Geophysics(エジプト)
  • 国名: エジプト
  • 外国機関名: NRI of Astronomy and Geophysics
• [国際共同研究] CEA Saclay(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CEA Saclay
• [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA Goddard Space Flight Center
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Rapidly Rising Transients from the Subaru Hyper Suprime-Cam Transient Survey (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Masaomi; Tominaga, Nozomu; Morokuma, Tomoki; Yasuda, Naoki; Furusawa, Hisanori; Baklanov, Petr V.; Blinnikov, Sergei I.; Moriya, Takashi J.; Doi, Mamoru; Jiang, Ji-an; Kato, Takahiro; Kikuchi, Yuki; Kuncarayakti, Hanindyo; Nagao, Tohru; Nomoto, Ken'ichi; Taniguchi, Yuki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 819 ページ: 5 (15pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/819/1/5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The host galaxy of a fast radio burst (2016)
  • 著者名/発表者名: Keane, E. F.; Johnston, S.; Bhandari, S.; Barr, E.; Bhat, N. D. R.; Burgay, M.; Caleb, M.; Flynn, C.; Jameson, A.; Kramer, M.; Petroff, E.; Possenti, A.; van Straten, W.; Totani, T.; Honma, M.; Furusawa, H.; Hattori, T.; Morokuma, T.; Niino, Y.; Sugai, H.; Terai, T.; Tominaga, N. et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 530 ページ: 453-456
  • DOI: 10.1038/nature17140
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for Thermal X-Ray Line Emission from the Synchrotron-dominated Supernova Remnant RX J1713.7-3946 (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru; Acero, Fabio; Tominaga, Nozomu; Fukui, Yasuo; Hiraga, Junko S.; Koyama, Katsuji; Lee, Shiu-Hang; Mori, Koji; Nagataki, Shigehiro; Ohira, Yutaka; Petre, Robert; Sano, Hidetoshi; Takeuchi, Yoko; Tamagawa, Toru; Tsuji, Naomi; Tsunemi, Hiroshi; Uchiyama, Yasunobu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 814 ページ: 29 (11pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/814/1/29
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The rise-time of Type II supernovae (2015)
  • 著者名/発表者名: Gonzalez-Gaitan, S.; Tominaga, N.; Molina, J.; Galbany, L.; Bufano, F.; Anderson, J. P.; Gutierrez, C.; Förster, F.; Pignata, G.; Bersten, M.; Howell, D. A.; Sullivan, M.; Carlberg, R.; de Jaeger, T.; Hamuy, M.; Baklanov, P. V.; Blinnikov, S. I.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 451 ページ: .2212-2229
  • DOI: 10.1093/mnras/stv1097
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Time-dependent Multi-group Multi-dimensional Relativistic RadiativeTransfer Code Based on the Spherical Harmonic Discrete Ordinate Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Tominaga, Nozomu; Shibata, Sanshiro; Blinnikov, Sergei I.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 219 ページ: 38 (13pp.)
  • DOI: 10.1088/0067-0049/219/2/38
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] How much can 56Ni be synthesized by the magnetar model for long gamma-ray bursts and hypernovae? (2015)
  • 著者名/発表者名: Suwa, Yudai; Tominaga, Nozomu
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 451 ページ: 282-287
  • DOI: 10.1093/mnras/stv901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear composition of magnetized gamma-ray burst jets (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibata, Sanshiro; Tominaga, Nozomu
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 49 (10pp.)
  • DOI: 10.1093/pasj/psv020
  • 査読あり
• [雑誌論文] OISTER Optical and Near-Infrared Observations of Type Iax Supernova 2012Z (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka, Masayuki; Maeda, Keiichi; Kawabata, Koji S.; Tanaka, Masaomi; Tominaga, Nozomu et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 806 ページ: 191 (14pp.)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/806/2/191
  • 査読あり / 国際共著
• [備考] Supernova survey with Subaru/Hyper Suprime-Cam
  • URL: http://tpweb2.phys.konan-u.ac.jp/~tominaga/HSC-SN/index.html