| 研究課題/領域番号 |
18K03624
|
|---|
| 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) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| 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 / ブラックホール / クォーク星 |
|---|
| 研究実績の概要 |
2020年度はコロナウイルス感染症の影響で研究時間の確保が困難であったため，本課題の研究期間を2021年度まで延長した。
昨年度に引き続き，Antonios Tsokaros氏（UIUC）と協力し，相対論的な天体の平衡形状と数値相対論的シミュレーションの初期データの計算コードCOCAL（Compact Object CALculator）コードの改良と準備的な研究を行った。コードの改良としては，様々なルーチンで利用される数値差分公式と補間公式について，全て4次精度以上となるものを準備し高精度の計算を行えるようにした。特に2階微分については数通りのルーチンを作成し，今後最適な方法を探索する。また，Enping Zhou氏（AEI）にCOCALコードを提供し，クォーク星の数値相対論的シミュレーションの初期データの計算を行った。この計算では3軸不等なクォーク星の数値シミュレーションが世界で初めて実行され，クォーク星が重力波を放出して軸対称的に変形するまでの時間変化が精度よく安定的に計算できることが示された。
この他に，準備的な研究として，Tsokaros氏に超強磁場星の初期データを提供し，数値シミュレーションのを行う準備を進めている。また，Mina Zamani氏（Zanjan univ.)と共同で新しい差動回転則と高密度核物質の状態方程式を利用した磁場入り相対論的回転星の計算コードの開発を開始した。最後に，連星中性子星の初期データ，ブラックホールとその周りのトロイド，および磁場を伴う相対論的回転星の3種類の数値解についてまとめたレビュー論文の執筆に着手した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
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
2020年度の研究は，これまでに開発したコードの高精度化や今後の数値相対論的シミュレーションの初期条件の計算など準備的なものが中心となった。論文も共著で執筆中のものが2編あり，1編については査読後の再投稿の準備もほぼ終わっているが，残念ながら掲載には至っていない。また，年度の後半は少ない研究時間のほとんどをレビュー論文の執筆に費やしてきたが，投稿にはまだ至っていない。
2020年度は学科長の職責としてコロナ感染症への対応に多くの時間を取られたため，研究時間の確保が困難であった。また，2020年度は本科研費の一部を利用して，沖縄で開催する数値宇宙物理学の国際研究会EANAM9の現地組織委員を務める予定であったが，本研究会はコロナ感染症蔓延のため1年間延期することとなった。これらのことから本研究課題も期間延長を申請し承認された。
2020年度の単年度としては研究の進捗はやや遅れたが，研究課題全体としては（3年度分の研究を4年度で行う事にはなるが）充分進展している。また2020年度に投稿した共著論文についてはインパクトファクターの高い論文誌の1回目の査読結果から掲載の可能性が高いこと，前年度の2019年度には計画を上回る進捗があり例年より多くの論文が掲載されたこと，コロナ感染症蔓延による研究会延期等のやむを得ない事情があったこと等を考慮して，進捗状況の区分は前年度と同じく「おおむね順調に進展している」とした。
|
| 今後の研究の推進方策 |
一般相対論的な平衡解や準平衡初期データの数値計算に適したEinstein方程式とMaxwell方程式を一般的に取り扱う定式化と，この数値計算のために本研究課題で開発を継続しているCOCALコードの基本的なルーチンは完成した。今後はCOCALコードを応用し，より多様な数値解の計算に取り組むことになる。
今後の主要なテーマの一つとして，様々な座標条件を課した下での高密度天体やブラックホールの計算法の開発を計画している。様々な座標条件を取り扱う定式化はすでにCOCALコードに実装されているが，これまでの所，Dirac座標条件とKerr-Schild座標条件の２つの場合しか計算を行っていない。例えば，連星ブラックホールの計算の際には，ブラックホール近傍と，遠方の漸近平坦領域で，それぞれに適した座標条件に切り替えると言った斬新なアイデアを用いた初期データの構築が可能になることから，今後このような計算コードの開発とテストを進めて行く。
次に，将来の科研費の研究課題も念頭に置いて，非等質量の連星中性子星，磁場を伴う連星中性子性，ブラックホール－中性子星連星などの，より複雑な連星系の初期データ計算に向けた準備を行う。例えば，ブラックホール－中性子星連星計算に適した上述の座標条件の切り替えを，複数の座標パッチ上で行う手法の開発や，連星系に磁場を取り入れるための，電磁流体の平衡状態の第一積分の定式化の検討などを行う。これらのテーマについては共同研究者とも協力しつつ進めて行く。
COCALコードには，既に他のコードに見られない独創的な手法が幾つも実装されていることから，比較的結果を出しやすい研究テーマも複数ある。これらも時間の許す限り並行して進めたい。例として，白色矮星の状態方程式をCOCALコードに実装し，円軌道にある連星白色矮星の数値計算法を開発することなどを計画している。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年度の予算は主に9月に予定されていた国際研究会 9th East Asian Numerical Astophysics Meeting （EANAM9）開催に合わせた共同研究者を招へい費用とEANAM9の現地組織委員として研究会開催経費，およびその他の研究打ち合わせのための旅費等に利用する計画であった。しかし，コロナ感染症の影響によりEANAM9は1年間延期となり・その他の研究打ち合わせも延期とした。このため，2020年度は予算を使用せず，そのまま次年度へ予算を繰り越すこととし，本研究課題の期間延長も申請し承認を受けた。2021年度は，上述の2020年度の当初計画と同様の計画で予算を使用する予定である。しかし，現時点でEANAM9の再度の開催延期が検討されているため，延期された場合は本研究課題を再度2022年度まで延長する申請を行うか，または，予算執行計画を見直し，老朽化した解析用PCの更新費用と故障した小型ワークステーションの修理費に充てることを考えている。
|
