数値相対論の初期データ計算法の発展的研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05085
• 研究機関: 琉球大学
• 研究代表者: 瓜生 康史 琉球大学, 理学部, 教授 (40457693)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 相対論・重力（理論） / 重力波 / 相対論的宇宙物理学 / 数値相対論 / 相対論的回転星 / 連星中性子星 / 国際研究者交流 米国:ドイツ / 国際情報交換 米国：ドイツ

研究実績の概要

本研究計画では Antonios Tsokaros 氏と共同で高密度天体の平衡・準平衡解計算コードCOCAL（Compact Object CALculator）の開発を進めている。昨年度これを用いて求めた，3軸不等形状の一様回転高密度星の初期データの時間発展の様子を，Illinois 大学の Stu Shapiro 氏らによって開発された数値相対論コードでシミュレーションした。このような3軸不等の高密度星のシミュレーションを完全に一般相対論の効果を取り入れて計算したのは，この研究が初めてである。この計算から，このような天体の力学的安定性や，放出される重力波を正確に求めることに成功した。
次に，これまでに開発した軸対称回転星の初期データを求めるコードを拡張し，様々な差動回転をする相対論的回転星の解を計算した。これまで高速回転星の差動回転則としては，星の回転軸付近から星の赤道表面方向に向かって単調に減少する回転則しか考えられていなかった。しかし，重力波放出による連星中性子星合体後の超質量中性子星においては，星の回転軸付近で回転角速度が一度増加した後，減少するような回転則を示すことがシミュレーションによって示されている。このような差動回転則を平衡状態の計算に取り入れることに世界で初めて成功した。これにより，合体後生成される超質量中性子星が力学的平衡状態に達した際のモデルをより精密に計算するための基礎を確立した。
この他の共同研究として，Harris Markakis　氏らと電磁流体系の一般的な保存則とその時間発展についての新しい定式化を導いた。また，Enping Zhou 氏，Antonios Tsokaros 氏らと共同で，COCALコードにクォーク物質の状態方程式を実装し，これを用いた軸対称及び3軸不等の回転クォーク星の計算に成功した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Illinois(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Illinois
• [国際共同研究] CNRS, Observatoire de Paris/Universite de Bretagne Occidentale(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS, Observatoire de Paris/Universite de Bretagne Occidentale
• [国際共同研究] Institute for Theoretical Physics/Universitat Bremen(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Institute for Theoretical Physics/Universitat Bremen
• [国際共同研究] University of Southampton(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Southampton
• [国際共同研究] 北京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 北京大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] Uniformly rotating, axisymmetric, and triaxial quark stars in general relativity (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhou Enping, Tsokaros Antonios, Rezzolla Luciano, Xu Renxin, Uryu Koji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 ページ: 023013-1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.97.023013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rotating Quark Stars in General Relativity (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhou Enping, Tsokaros Antonios, Rezzolla Luciano, Xu Renxin, Uryu Koji
  • 雑誌名: Universe 巻: 4 ページ: 48-1-8
  • DOI: 10.3390/universe4030048
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gravitational wave content and stability of uniformly, rotating, triaxial neutron stars in general relativity (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsokaros Antonios, Ruiz Milton, Paschalidis Vasileios, Shapiro Stuart L., Baiotti Luca, Uryu Koji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 95 ページ: 124057-1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.95.124057
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Conservation laws and evolution schemes in geodesic, hydrodynamic, and magnetohydrodynamic flows (2017)
  • 著者名/発表者名: Markakis Charalampos, Uryu Koji, Gourgoulhon Eric, Nicolas Jean-Philippe, Andersson Nils, Pouri Athina, Witzany Vojtech
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 ページ: 064019-1-26
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.96.064019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Modeling differential rotations of compact stars in equilibriums (2017)
  • 著者名/発表者名: Uryu Koji, Tsokaros Antonios, Baiotti Luca, Galeazzi Filippo, Taniguchi Keisuke, Yoshida Shin’ichirou
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 ページ: 103011-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.96.103011
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Single rotating neutron stars as gravitational wave emitters. (2018)
  • 著者名/発表者名: Antonios Tsokaros, Koji Uryu, Stuart Shapiro
  • 学会等名: APS April Meeting 2018, April 14-17, Columbus, Ohio
• [学会発表] Binary neutron star initial data and single, rotating neutron stars as gravitational wave emitters. (2017)
  • 著者名/発表者名: Antonios Tsokaros, Koji Uryu, Luca Baiotti, Filippo Galeazzi, Bruno Mundim, Luciano Rezzolla, Noriyuki Sugiyama, Keisuke Taniguchi, and Shin'ichirou Yoshida
  • 学会等名: 27th Midwest Relativity Meeting, October 12-14, University of Michigan in Ann Arbor, Michigan