| 研究課題/領域番号 |
21K13913
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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 |
原田 了 国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 基礎科学特別研究員 (80844795)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 超新星爆発 / 数値相対論 / 流体力学 / ニュートリノ輸送 / 機械学習 / ニュートリノ振動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、超新星爆発を経て中性子星が生まれる過程を第一原理的、つまり一般相対論的かつボルツマン方程式に基づくニュートリノ輸送シミュレーションで解明することを目指すものである。初年度にはそのコードを開発する計画であり、概ねそれに沿って研究を進めた。目標のコードはニュートリノ用のボルツマンコード、流体力学方程式を解く流体コード、重力のためにアインシュタイン方程式を解く数値相対論コードから構成される。初年度の成果としては流体コードの一般相対論化と数値相対論コードに物質の寄与を含める改良に成功した。さらに、一般相対論的ボルツマンコードの精度を改善する手法を新たに考案した。これらにより、次年度以降の実際のシミュレーションに向けた準備をほぼ整えた。
本研究の最終目標を達成するためには、超新星爆発における未解決問題もある程度並行して調べていく必要がある。本年度はニュートリノ輸送とニュートリノ集団振動について、一般相対論化前の準備的な研究を行った。ボルツマンニュートリノ輸送は計算コストが高く、系統的な調査には向かない。そこで、計算コストを抑えつつボルツマン輸送と近い結果を得るために、機械学習を用いた近似法を提案した。本年度はニュートン重力の元でのボルツマン超新星シミュレーションの結果を近似したが、今後の一般相対論的シミュレーションの結果を近似する手法への拡張は容易である。また、超新星においてはニュートリノ集団振動と呼ばれる現象が近年重要視されている。本年度はニュートン重力に基づくボルツマン超新星シミュレーションの結果から、親星の自転はニュートリノ集団振動を引き起こすことを見出した。今後の一般相対論的なシミュレーションについても同様の解析を行うことで、一般相対論がニュートリノ集団振動及びその超新星爆発・中性子星誕生への力学的なフィードバックに与える影響を詳しく理解できるようになる。
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| 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
初年度を終えた段階で、コード開発の上で重要な部分はほぼ完成している。第二年度の当初から実際のシミュレーションに取りかかれるところまで開発を完了させることはできなかったが、これはすでに完成していると考えていた部分に新たな問題が見つかって改良する必要がでてしまったこと、性能を向上させるアイディアを研究途中で思いついてその検討に時間がかかったこと、さらに超新星爆発分野の最近の進展に伴って新たな近似法の考案やニュートリノ集団振動の効果を調べる必要が出てきたことなど、当初予期していなかったことが生じたためであり、計画そのものは多少遅れているように見えつつも当初計画より良い成果を生み出すこともできており、研究進捗はおおむね順調であると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
第二年度の頭で少しだけ残っているコード開発を完了させ、第二年度の大部分を計画の通りに無回転親星の重力崩壊から超新星爆発、そして原始中性子星進化に至るシミュレーションに用いる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
COVID-19の感染状況を鑑みて、議論を出張ではなくオンラインとしたため、本年度は予定より予算執行額が小さくなった。次年度は感染状況、少なくともその対策のための行動制限等は弱まると考えられるので、出張による対面打ち合わせを増やし効率よく研究を進めることに助成金を利用していく予定である。
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