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2022 年度 実績報告書

超新星起源マルチメッセンジャー信号の解析に向けた数値モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 20K03939
研究機関福岡大学

研究代表者

中村 航  福岡大学, 理学部, 助教 (60533544)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード超新星 / 数値シミュレーション / マルチメッセンジャー天文学
研究実績の概要

重力崩壊型超新星が放出するマルチメッセンジャー信号(ニュートリノ・重力波や爆発後に残す中性子星の特徴を含む)とその親星コア構造との関係を明らかにするため、使用する数値プログラムを大幅にアップデートし、ニュートリノの反応率と輸送計算をより精密化した。また重力に一般相対論的効果を近似的に取り入れ、次の3つの初期条件をターゲットとして大質量星重力崩壊の空間3次元のニュートリノ輻射流体計算を実行した。
(1)星内部の非球対称構造を考慮した25太陽質量親星モデルを初期条件として、内部の対流構造を取り入れたモデルと球対称初期条件から計算を開始したモデルを比較したところ、衝撃波の復活時刻等に差異が見られた。対流層の底部が重力崩壊によって中心に落下し、停滞した衝撃波に触れるタイミングで衝撃波が膨張に転じることを発見した。
(2)赤色超巨星から青色超巨星への進化や表面組成の異常などのSN1987A親星の特徴をよく再現する最新の連星進化モデルを採用した。空間3次元計算で衝撃波の膨張とやがて超新星爆発に至るであろう結果を得たが、その爆発エネルギーは観測値の10%程度に留まり、合成されたニッケル56の質量も観測からの推定値の15%程度であった。一方で中心に残された中性子星の質量やスピン率は標準的な中性子星の値であった。
(3)数値プログラムをさらに改良し、磁場を考慮した重力崩壊の3次元磁気流体計算を実行した。幅広い質量を持つ16個の親星を使用し、バウンス後0.5秒まで計算して衝撃波の時間発展にともなうニュートリノ・重力波放射を見積もった。銀河中心で超新星が爆発したと仮定して観測量を見積もり、観測から親星構造を識別できる可能性を示した。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] バージニア工科大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      バージニア工科大学
  • [雑誌論文] Three-dimensional simulation of a core-collapse supernova for a binary star progenitor of SN 1987A2022

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Ko、Takiwaki Tomoya、Kotake Kei
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 514 ページ: 3941~3952

    • DOI

      10.1093/mnras/stac1586

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Properties of neutron stars generated by 3D core-collapse simulations2023

    • 著者名/発表者名
      中村航
    • 学会等名
      CfCAユーザーズミーティング
  • [学会発表] 磁場を考慮した3次元超新星モデルからの重力波2023

    • 著者名/発表者名
      中村航
    • 学会等名
      日本天文学会2023年春季年会
  • [学会発表] Gravitational-wave signals from three-dimensional core-collapse supernova models2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Nakamura
    • 学会等名
      The 5th Annual Area Symposium Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
    • 国際学会
  • [学会発表] Neutrino signals from 3D core-collapse supernova models2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Nakamura
    • 学会等名
      UGAP2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Systematic 3D MHD simulations of core-collapse supernovae2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Nakamura
    • 学会等名
      Brainstorming Workshop 2022 to revolutionize the Core-collapse Supernova Theory
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SN 1987A: three-dimensional core-collapse simulation and multi-messenger signals2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Nakamura
    • 学会等名
      EANAM9
    • 国際学会
  • [学会発表] A systematic study of CCSNe based on 3D MHD simulations2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Nakamura
    • 学会等名
      OMEG16
    • 国際学会
  • [学会発表] A systematic study of core-collapse supernovae based on 3D MHD simulations2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Nakamura
    • 学会等名
      SuperVirtual 2022 - From Common to Exotic Transients
    • 国際学会
  • [学会発表] 重力崩壊型超新星の3次元MHD計算に基づく中性子星諸量の分布2022

    • 著者名/発表者名
      中村航
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
  • [学会発表] 大質量星の重量崩壊とマルチメッセンジャー信号2022

    • 著者名/発表者名
      中村航
    • 学会等名
      初代星・初代銀河研究会2022
    • 招待講演
  • [学会発表] 3次元重力崩壊計算で得られた中性子星質量・スピン・キック速度2022

    • 著者名/発表者名
      中村航
    • 学会等名
      第35回理論懇シンポジウム
  • [備考]

    • URL

      http://th.nao.ac.jp/MEMBER/nakamura/

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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