| 研究課題/領域番号 |
19H00693
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
長瀧 重博 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (60359643)
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| 研究分担者 |
伊藤 裕貴 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (30434278)
高見 健太郎 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70758002)
石井 彩子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (70802239)
Just Oliver 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (80813823)
水田 晃 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (90402817)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | ガンマ線バースト / 重力波 / r-process元素合成 / 相対性理論 / キロノヴァ / 超新星爆発 / 中性子星 / 高密度状態方程式 |
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| 研究実績の概要 |
重力波天文学の開拓により、今後、様々な相対論的天体現象からの重力波が観測される。その観測される重力波から、連星中性子星合体およびそれによって引き起こされるガンマ線バーストの性質を引き出すために、様々な条件下でシミュレーションを行い、インプットとアウトプットの関係を理解することを行っている。また新規に一般相対論的磁気流体コードの開発にも取り組んでいる。また中性子星合体に於けるジェット形成のシミュレーションを実行し、輻射輸送を計算することでショートガンマ線バーストとの関連を議論している。また同じ系に於けるr-process元素合成の計算を開始し、キロノヴァ現象との関連性について研究を進めている。また輻射優勢相対論的衝撃波の定常解をモンテカルロ計算で解くことを開始している。特に非相対論・相対論の中間領域での構造は、世界で初めてこの手法によって厳密に解き明かされた。今後はこの衝撃波が系を突き破って外界に飛び出した時（ショックブレークアウト）、どのような放射光として観測されるのかを定量的に議論することが可能となる予定である。また連星中性子星合体からの初期電磁波放射のエネルギースペクトルを数値的に予測するため、かねてより開発してきた相対論的モンテカルロ輻射輸送計算コードに束縛-束縛遷移過程を導入した。合体後の中性子星最外層では水素やヘリウムなどの軽元素のみが存在する可能性があり、これらの元素によるライン放射・吸収がスペクトルに与える影響を計算できるようなコードを開発した。その結果、例え入射時の光子スペクトルが熱的分布を持っていても、光子が中性子星からの放出物質中を伝播する過程で、特徴的な非熱的スペクトルが生成されうることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本課題は採択前からチームを組んで共同研究を推進しており、本基盤Aの採択によって、多大な支援を頂いている。我々は幸先良く、採択直前に仕上げ、投稿した論文「The photospheric origin of the Yonetoku relation in gamma-ray bursts」がNature Communicationsに採択された（論文の出版は2019年4月であるので、本課題の業績リストにも添えている）。この論文は永年の謎とされ、本課題でも解決すべき課題のひとつである「ガンマ線バースト放射機構」の解明に非常に意義ある結果を与えた。即ち、観測から経験的に知られているガンマ線バースト物理量の相関式「米徳関係式」を、我々の理論によって見事に再現してみせたのである。この事実はガンマ線バースト放射機構が相対論的な光球面放射であることを強く示すものであり、この論文出版以降、理化学研究所や国立天文台のプレスリリース、新聞等マスコミでも取り上げられた。この論文受理が後押しとなり、我々は2019年度、一般相対論的流体シミュレーションによる中性子星合体と重力波、相対論的ジェット形成と輻射輸送・r-process元素合成、また輻射優勢衝撃波の厳密な定常解など、様々な重要課題を推進することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
我々の記念碑的論文「The photospheric origin of the Yonetoku relation in gamma-ray bursts」がNature Communicationsに発表されたことにより、我々はガンマ線バースト放射機構の研究について、まずは最低限の段階（しかしながら非常に重要な段階）をクリアすることが出来た。しかしながら、ガンマ線バースト放射機構にはまだまだ多くの解決されるべき謎が残っている。またガンマ線バーストに付随する重力波、中性子星、ブラックホール、超新星、キロノヴァなどなど、本課題で達成すべき研究課題は山の様にある。我々はこれらの課題に正面から取り組み、非常に有意義な2019年度の研究活動を行うことが出来た。だがまだ論文として発表するには至っていないテーマも多く、2020年度は更に我々の研究を促進・加速し、世界に先駆けて、世界最先端のガンマ線バースト研究を実行していく必要がある。
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| 備考 |
伊藤裕貴研究員（分担者）は、本研究課題の成果に基づき2019年度理研梅峰賞受賞。
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