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大質量星の進化の最期に起こる重力崩壊は、超新星爆発やガンマ線バースト等の源であり、その全容の解明は宇宙・原子核物理にまたがる重要な課題である。中でも中性子星・ブラックホールの形成過程を解明することが、根本的な問題として残されている。本研究では、大質量星重力崩壊による爆発メカニズム・ブラックホール形成ダイナミクスを理解するため、ニュートリノ輻射流体計算により大質量星の重力崩壊数値シミュレーションを系統的に行ない、コアバウンス・衝撃波伝搬・高密度天体形成・ニュートリノ放出の様子を明らかにする。
今年度は最終年度であり、大質量星重力崩壊の現象から極限物質の性質について知見を得ることができるかどうか、ニュートリノ地上観測から探ることを観点に総仕上げとしての研究を行なった。主に、ブラックホール形成の場合について、前年度までの数値シミュレーション結果のデータを活用して、ニュートリノ振動の効果を取り入れ、地上観測でのイベント数を予測して、統計的に解析することを行なった。その結果、状態方程式の柔らかさが違う場合とハイペロン粒子の出現の場合を比較した場合、2つの場合は統計的に有意な違いを持っており、ハイペロン粒子の高温高密度物質への混入を区別して同定できることを明らかにした。また、将来に起こる天体現象の頻度も現実的な範囲にあることを示した。このことは、ストレンジネス自由度を持つハドロン・原子核を研究する上で重要であり、他分野からも新たな探索方法として注目されている。この他、原子核物質の核子多体理論による状態方程式の構築、ニュートリノ重陽子反応が超新星爆発に及ぼす影響が大きい可能性、爆発現象におけるニュートリノ振動の観測シグナル、の研究を行い、極限状態での物質科学が天体現象に及ぼす影響が重要であることを示した。
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