| 研究課題/領域番号 |
24244036
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
山田 章一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80251403)
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| 研究分担者 |
住吉 光介 沼津工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30280720)
固武 慶 福岡大学, 理学部, 准教授 (20435506)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 超新星 / 重力崩壊 / 大質量星 / シミュレーション / コンパクト天体 |
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| 研究概要 |
本研究課題では大質量星の進化において、(1)IDSAを用いた重力崩壊後のランドスケープ探査と(2)ボルツマンソルバーによる重力崩壊の精密計算、(3)重力崩壊に至るまでの大質量星の準静的進化の計算、及び(4)ブラックホール形成チャンネルの研究の4つを主たる柱に据えた理論的研究を行っている。以下の本年度の成果を各項目ごとに述べる。
まず(1)については、3次元(3D)の超新星シミュレーションを行った。その結果, 従来の軸対称(2D)計算に比べて乱流モードがより小さなスケールまでカスケードしてしまうので、3Dでは2Dに比べ爆発を再現するのはより難しいことを明らかにした。またニュートリノ輸送を簡単化した3Dモデルで自転の効果を調べ、自転が爆発を助ける示唆を得た。
(2)に関しては、6次元ボルツマン方程式計算コードにより、３次元超新星コアのバウンス後のプロファイルにおけるニュートリノ輻射を系統的に調べて、多次元におけるニュートリノ輻射輸送の特徴を明らかにした。ニュートリノ分布や加熱率について、Ray-by-ray法による近似計算手法との比較を行い、近似法が方向変動を強調しすぎることを、世界で初めて３次元空間のもとで示した。また、流体力学との統合計算コードにより、重力崩壊からコアバウンス、その後の定常降着衝撃波に対する不安定性(SASI)を記述することに成功した。
一方(3)については、ラグランジュ的変分法に基づく定式化を行い、モンテカルロ法で数値的に回転平衡解を解くコードを完成させ、いくつかのテスト計算を行った。その結果、従来困難であったbaroclinic 状態方程式に対する平衡解も求められることを示し、現在論文を投稿中である。
最後に(4)に関しては、(2)で開発したコードの相対論化を進め、ブラックホール形成の計算に向けた準備を進めた。特殊相対論化は完成し、論文投稿中である。
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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
４つの課題すべてについて大きな問題は基本的に解決し、研究は順調に進んでおり、成果も当初想定したものが出ている。特に、(1)は最も進んでおり、当初の計画を前倒しで行っていることに加え、きわめてインパクトの大きな成果をいくつも出している。(2)に関しても、当初予定より若干の遅れはあるものの、超新星シミュレーションに適用できるところまで達している。(3)は今年度ブレイクスルーのあった課題で、これまでニュートン法を用いた定式化が零固有値の問題で行き詰まっていたところ、モンテカルロ法を用いる手法に変更したことが功を奏し、問題が解決するとともに、baroclinic caseを含む複数の解を得ることに成功した。最後の(4)についても、最大の懸案であったボルツマンソルバーの特殊相対論化に成功した。一般相対論化もその拡張で行える見通しが立っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
各課題ともに研究遂行上障害となっていた問題の山場は越えた感がある。あとは、当初の計画に沿って、一歩ずつ進めていけばよいと考えている。(1)については、より多くのモデル計算を行うとともに、ニュートリノや重力波を含むデータ解析を進める。(2)は、ボルツマンソルバーを用いて実際の超新星計算を行う。(3)については、大質量星の進化計算をにらみ、より現実的な解のシークエンスを求めるとともに、対流を取り組む方法をいくつか試す。(4)は、ボルツマンソルバーの一般相対論化と、アインシュタインソルバー、流体力学コードとの結合を進めることが、今後の課題である。このうち、(3)が最もチャレンジングであるが、複数のアイデアをもっており、順次試していく予定である。
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