大質量星の進化における重力崩壊型超新星の総合的研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24244036
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 山田 章一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80251403)
• 研究分担者: 固武 慶 福岡大学, 理学部, 准教授 (20435506) ; 住吉 光介 沼津工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30280720)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 超新星 / 大質量星 / 重力崩壊 / シミュレーション / コンパクト天体

研究実績の概要

本研究は、(1)IDSAを用いたランドスケープ探査、(2)ボルツマンソルバーによる精密計算、(3)大質量星の準静的進化の計算、(4)ブラックホール形成チャンネルの研究、の４つの柱からなる。以下、各項目に関する今年度の成果を挙げる。
(1)初期質量と金属量が異なる総計400モデルにも及ぶ親星に対して、IDSA法を用いた大質量星の重力崩壊の数値シミュレーションを系統的に行った。この結果、親星コアの密度集中度が爆発の可否の可能性を支配的に決める物理量であることを明らかにした。また、爆発エネルギーの成長率が大きいモデルにフォーカスし、数値コードの改良の上、バウンス後7秒にも及ぶ長時間計算を実行し、爆発エネルギーの飽和値が観測値に近くなることを確かめた。
(2)京コンピュータにおいて、開発したボルツマンソルバーを用いた超新星の軸対称長時間シミューレションに成功した。また、軸対称を仮定しない６次元ボルツマン方程式による厳密計算と近似計算法を比較することにより、モーメント法による角度分布評価を定量的に行なった。さらに、電子捕獲反応による重力崩壊を記述する計算コードを開発し、核反応によるエネルギー生成の評価方法が超新星に与える影響についても明らかにした。
(3)高速回転星の準静的進化を追うため、遠心力を含む軸対称２次元の力学平衡をラグランジュ変分法を用いた独自の手法で数値的に解くコードを開発し、オイラー法を用いた他の定式化による結果との比較を詳細かつ定量的に行った。結果は現在論文としてMNRASに投稿中である。
(4)ブラックホール形成を定量的に計算するための一般相対論的ボルツマンソルバーの定式化と開発を行った。特に、原始中性子星の重心が球座標の中心からずれないようにメッシュを動かす手法を一般相対論の3+1分解で定式化する手法を確立した。結果は年度を越えたもののApJSに掲載決定となっている。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Circular polarizations of gravitational waves from core-collapse supernovae: A clear indication of rapid rotation (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Hayama, T. Kuroda, K. Nakamura and S. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 116 ページ: no.15, 151102
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.151102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrodynamical study on the conversion of hadronic matter to quark matter. II. Diffusion-induced conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Furusawa, T. Sanada and S. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: Ｄ93（ｎｏ．4） ページ: .043019
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.93.043019
  • 査読あり
• [雑誌論文] )Hydrodynamical study on the conversion of hadronic matter to quark matter: I. Shock-induced conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Shun Furusawa , Takahiro Sanada , Shoichi Yamada
  • 雑誌名: Published in Phys. Rev. 巻: Ｄ93（ｎｏ．4） ページ: 043018
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.93.043018
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Criterion of Supernova Explosion Revisited: the mass accretion history (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Suwa, S. Yamada, T. Takiwaki and K. Kotake
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 816 ページ: no.1,43
  • DOI: 10.3847/0004-637X/816/1/43
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Multi-energy Neutrino Radiation-Hydrodynamics Code (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuroda, Takami; Takiwaki, Tomoya; Kotake, Kei,
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Suppliment Series (ApJS) 巻: 222 ページ: 20,27pp
  • DOI: 10.3847/0067-0049/222/2/20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exact and approximate expressions of energy generation rates and their impact on the explosion properties of Pair Instability Supernovae (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, T. Yoshida, H. Umeda, K. Sumiyoshi and S. Yamada
  • 雑誌名: Monthly Notice of Royal Astronomical Society 巻: 456 ページ: 1320-1331
  • DOI: 10.1093/mnras/stv2649
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Evolution and Impacts of Magnetorotational Instability in Magnetized Core-collapse Supernovae (2016)
  • 著者名/発表者名: Sawai, Hidetomo; Yamada, Shoichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal, 巻: 817 ページ: 153
  • DOI: 10.3847/0004-637X/817/2/153
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systematic studies of the post-shock-revival and subsequent evolutions in core collapse supernovae with parametric progenitor models (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto and S. Yamada
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 818 ページ: 165-190
  • DOI: 10.3848/004-637X/818/2/165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic Neutrino Reactions with Light Nuclei and Standing Accretion Shock Instability in Core-Collapse Supernovae (2016)
  • 著者名/発表者名: Furusawa, S.; Nagakura, H.; Sumiyoshi, K.; Yamada, S.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 665 ページ: 012070
  • DOI: 10.1088/1742-6596/665/1/012070
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pre-supernova neutrino emissions from ONe cores in the progenitors of core-collapse supernovae: are they distinguishable from those of Fe cores? (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Kato, M. D. Azari, S. Yamada, K. Takahashi, H. Umeda, T. Yoshida and K. Ishidoshiro
  • 雑誌名: Published in Astrophys.J. 巻: 808 ページ: no.2, 168
  • DOI: 10.1088/0004-637X/808/2/168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible Signatures of Ejecta-Companion Interaction in iPTF 13bvn (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Hirai and S. Yamada
  • 雑誌名: Published in Astrophys.J. 巻: 805 ページ: no.2, 170
  • DOI: 10.1088/0004-637X/805/2/170
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-dimensional Features of Neutrino Transfer in Core-Collapse Supernovae (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sumiyoshi, T. Takiwaki, H. Matsufuru and S. Yamada
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 216 ページ: 1
  • DOI: 10.1088/0067-0049/216/1/5
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Novel Formulation by Lagranginan Variational Principle for Rotational Equilibria: Toward Multi-Dimensional Stellar Evolutions (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Yasutake, K. Fujisawa and S. Yamada
  • 雑誌名: Monthly Notice of Royal Astronomical Society Letters 巻: 446 ページ: 56
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slu166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systematic features of axisymmetric neutrino-driven core-collapse supernova models in multiple progenitors (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Ko; Takiwaki, Tomoya; Kuroda, Takami; Kotake, Kei,
  • 雑誌名: PASJ 巻: 67, Issue 6 ページ: 107-1-107-17
  • DOI: 10.1093/pasj/psv073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent network analysis of gravitational waves from (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayama, Kazuhiro; Kuroda, Takami; Kotake, Kei; Takiwaki, Tomoya
  • 雑誌名: Physical Review D, Volume 巻: 92, Issue 12 ページ: 92, Issue 12-21
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.92.122001
  • 査読あり
• [学会発表] 6Dボルツマン・ニュートリノ輻射流体計算による２次元超新星シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 長倉洋樹，岩上わかな，住吉光介，古澤峻，松古栄夫，今倉暁，山田章一
  • 学会等名: 日本物理学会第７１回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Core-Collapse Supernova Theory: the current status and future prospects (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田章一
  • 学会等名: 「Quarks to Universe in Computational Science (QUCS 2015)」
  • 発表場所: 良春日野国際フォーラム
  • 年月日: 2015-11-06
  • 招待講演
• [学会発表] Challenges of neutrino transport toward the full 3D supernova simulations：solving Boltzmann equations and neutrino processes, (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sumiyoshi
  • 学会等名: Workshop on Microphysics In Computational Relativistic Astrophysics (MICRA 2015）
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
  • 年月日: 2015-08-21
• [学会発表] Explosion theory of core-collapse supernovae, IAU XXIV general assembly (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: Bridging Laboratory Astrophysics and Astronomy
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii
  • 年月日: 2015-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] “Progenitors of Core-Collapse Supernovae” Joint symposium by three innovative areas: Gravitational Wave Source / Underground Particle-Nuclear Research / Neutron Star Matter "Universe and Astronomical Objects Uncovered by Multi-Fold Approach” (2015)
  • 著者名/発表者名: Shoichi Yamada
  • 学会等名: 「多面的アプローチで解きあかす宇宙と天体」
  • 発表場所: 東北大
  • 年月日: 2015-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] Probing Supernova Core-Collapse Physics with Gravitational Wave Detections (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: Fourteenth Marcel Grossmann (MG14)
  • 発表場所: University of Rome La Spienza, Rome
  • 年月日: 2015-07-16
  • 招待講演
• [学会発表] EOS and neutrinos in supernova explosions: from high to low density (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sumiyoshi
  • 学会等名: Workshop on Science with SpiRIT TPC
  • 発表場所: RIKEN, Wako, Saitama, Japan
  • 年月日: 2015-06-06
  • 招待講演
• [学会発表] Peeling the Nature of Core-Collapse Supernovae by (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Kotake
  • 学会等名: FOE: Fifty-One Erg - International Conference on the physics and observations of supernovae and supernova remnants
  • 発表場所: NC State University, USA
  • 年月日: 2015-06-01
  • 招待講演
• [学会発表] Numerical challenges in modeling supernova explosions by 6D Boltzmann equations (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sumiyoshi
  • 学会等名: Vlasov-Poisson : towards numerical methods without particles
  • 発表場所: Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University, Japan
  • 年月日: 2015-06-01
  • 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] Numazu Workshop 2015: Challenges of modeling supernovae with nuclear data (2015)
  • 発表場所: 三島商工会議所
  • 年月日: 2015-09-01 – 2015-09-04