大規模サーベイ観測と輻射輸送シミュレーションによる超新星爆発の研究

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24740117
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 田中 雅臣 国立天文台, 理論研究部, 助教 (70586429)
• キーワード: 宇宙物理学 / 超新星爆発 / 輻射輸送

研究概要

平成25年度は平成24年度に引き続き、東京大学木曽観測所の1mシュミット望遠鏡と広視野カメラKWFC (Kiso Wide Field Camera)を用いて、高頻度の超新星サーベイを行った。また、平成26年度から本格的に行われる、すばる望遠鏡/ Hyper Suprime-Camを用いた突発天体観測に向けて、木曽観測所でのサーベイ用に開発した突発天体発見用のデータ解析パイプラインをHyper Suprime-Cam用に移植した。Suprime-Camの既存の観測データでテストを行い、一次処理から突発天体を発見するための差分処理、突発天体の発見までが一通り行えることを確認した。
超新星爆発のメカニズムに関する研究では、超新星爆発放出物質内での３次元、時間依存、波長依存の輻射輸送シミュレーションコードの開発を行った。まずは、爆発メカニズムが比較的良く理解されているIa型超新星のモデルを用いて、超新星爆発の光度曲線とスペクトルが正しく計算できることを確認した。また、rプロセス元素を含む連星中性子星合体の放出物質にも対応出来るよう、鉄よりも重い元素データを組み込んだ。鉄より重い元素の束縛―束縛遷移データをすべて網羅した輻射輸送コードは世界にも類を見ない。この新しい数値コードの最初の実用例として、連星中性子星合体、ブラックホールと中性子星の合体における輻射輸送シミュレーションに成功し、光赤外放射の詳細な予測を提供した。

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

平成25年度は東京大学木曽観測所1mシュミット望遠鏡を用いた高頻度超新星サーベイを安定的に行うとともに、平成26 年度から本格的に指導するすばる望遠鏡/Hyper Suprime-Camによる突発天体観測に向けての準備を行った。具体的には、観測を行いながらリアルタイムに突発天体を発見するためのデータ解析パイプラインを移植し、既存のSuprime Camのデータでテストを行い、一次処理から突発天体を発見するための差分処理、突発天体の探査までが一通り行えることを確認した。
理論的な研究では、超新星爆発のモデルからパラメータなしに実際の電磁波放射を予測できるようにするための、３次元、時間依存、波長依存の輻射輸送シミュレーションコードを開発した。まずはこのコードをIa型超新星の標準モデルに適用し、典型的なIa型超新星の光度曲線とスペクトルが得られることを確認した。また、連星中性子星合体からの電磁波放射も計算出来るように、鉄よりも重い元素のデータも組み込むことに成功した。最初の実用例として、連星中性子星合体からの電磁波放射の詳細な予想を提供し、論文を２編出版した。理論研究は予想以上に数値コード開発が進み、予定より早く科学成果をあげることが出来た。

今後の研究の推進方策

平成26年度からすばる望遠鏡/Hyper Suprime-Camによるサーベイ観測が本格的に始まるため、まずはそのデータから超新星爆発を検出することを第一の目標とする。さらに、年度内にはリアルタイムにデータを処理するシステムを稼働させ、観測を行いながら即時に超新星候補天体を選び出し、分光同定観測を行うことを目指す。新しいカメラとデータ解析パイプラインによる超新星発見の効率を正しく理解し、１年目の観測データから、各タイプの超新星爆発の大まかな発生頻度を計算できるようにすることを最終目標とする。
理論的研究では、平成25年度に完成させた輻射輸送シミュレーションの数値コードを超新星爆発の第一原理シミュレーションの結果に適用する。これにより、初めて重力崩壊の詳細なシミュレーションから電磁波放射までを途切れることなく一貫して追うことが可能となる。この結果を実際の観測と比較し、現在の超新星爆発モデルがどの程度観測されている超新星爆発の性質に近いのか、また性質が異なる場合は何が足りないのかを明らかにする。また、電磁波放射の性質と、ニュートリノ放射、重力波放射の性質の関係を調べ、マルチメッセンジャー観測から超新星爆発のどのような情報を引き出せるかを検討する。

次年度の研究費の使用計画

次年度使用額が生じているが、平成26年3月28日に行われた研究会で講演するための旅費として既に使用しているため、平成26年度に使用するものではない。
上記の理由により、平成26年度にこの差額を使用する計画はない。

研究成果

• [雑誌論文] Radioactively Powered Emission from Black Hole-Neutron Star Mergers (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Hotokezaka, K., Kyutoku, K., Wanajo, S., Kiuchi, K., Sekiguchi, Y., & Shibata, M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 780 ページ: 31
  • DOI: 10.1088/0004-637X/780/1/31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early-phase photometry and spectroscopy of transitional Type Ia SN 2012ht: Direct constraint on the rise time (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka, M., Maeda, K., Kawabata, M., Tanaka, M., Takaki, K., Ueno, I., Masumoto, K., Kawabata, K. S., Itoh, R., Moritani, Y., Akitaya, H., Arai, A., Honda, S., Nishiyama, K., Kabashima, F., Matsumoto, K., Nogami, D., Yoshida, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 782 ページ: L35
  • DOI: 10.1088/2041-8205/782/2/L35
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiative Transfer Simulations of Neutron Star Merger Ejecta (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M. & Hotokezaka, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 775 ページ: 113
  • DOI: 10.1088/0004-637X/775/2/113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detectability of High-Redshift Superluminous Supernovae with Upcoming Optical and Near-Infrared Surveys - II. Beyond z=6 (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Moriya, T. J., & Yoshida, N.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 435 ページ: 2483-2493
  • DOI: 10.1093/mnras/stt1469
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early UV/Optical Emission of The Type Ib SN 2008D (2013)
  • 著者名/発表者名: Bersten, M. C., Tanaka, M. , Tominaga, N., Benvenuto, O. G., Nomoto, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 767 ページ: 143
  • DOI: 10.1088/0004-637X/767/2/143
  • 査読あり
• [雑誌論文] SN 2009js at the crossroads between normal and subluminous Type IIP supernovae: optical and mid-infrared evolution (2013)
  • 著者名/発表者名: Gandhi, P., Yamanaka, M., Tanaka, M., Nozawa, T., Kawabata, K. S., Saviane, I., Maeda, K., Moriya, T. J., Hattori, T., Sasada, M., Itoh, R.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 767 ページ: 166
  • DOI: 10.1088/0004-637X/767/2/166
  • 査読あり
• [雑誌論文] The very energetic, broad-lined type Ic Supernova 2010ah (PTF10bzf) in the context of GRB/SNe (2013)
  • 著者名/発表者名: Mazzali, P. A., Walker, E. S., Pian, E., Tanaka, M. , Corsi, A., Hattori, T., Gal-Yam, A.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 432 ページ: 2463-2473
  • DOI: 10.1093/mnras/stt605
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Luminous and Fast-Expanding Type Ib Supernova SN 2012au (2013)
  • 著者名/発表者名: Takaki, K., Kawabata, K. S., Yamanaka, M., Maeda, K., Tanaka, M., Akitaya, H., Fukazawa, Y., Itoh, R., Kinugasa, K., Moritani, Y., Ohsugi, T., Sasada, M., Uemura, M., Ueno, I., Ui, T., Urano, T., Yoshida, M., Nomoto, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 772 ページ: L17
  • DOI: 10.1088/2041-8205/772/2/L17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progenitor models of the electromagnetic transient associated with the short GRB 130603B (2013)
  • 著者名/発表者名: Hotokezaka, K., Kyutoku, K., Tanaka, M., Kiuchi, K., Sekiguchi, Y., Shibata, M., Wanajo, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 778 ページ: L16
  • DOI: 10.1088/2041-8205/778/1/L16
  • 査読あり
• [学会発表] 重力波源の光学赤外線対応天体 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会 宇宙線・宇宙物理領域、理論核物理領域合同シンポジウム
  • 発表場所: 東海大学(神奈川県)
  • 年月日: 20140328-20140328
  • 招待講演
• [学会発表] 「rプロセス新星」の輻射輸送シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣、仏坂 健太、久徳 浩太郎、和南城 伸也、木内 建太、関口 雄一郎、柴田 大
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学(東京都)
  • 年月日: 20140319-20140322
• [学会発表] 超新星爆発に見る大質量星連星進化の痕跡 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 「連星天文学」研究会
  • 発表場所: 京都大学（京都府）
  • 年月日: 20140210-20140212
  • 招待講演
• [学会発表] Radioactively Powered Emission from Compact Binary Coalescences: Implications for Observing Strategies (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2nd Symposium - New Development in Astrophysics through Multimessenger Observations of Gravitational Wave Sources
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都）
  • 年月日: 20140113-20140115
• [学会発表] Optical Transient Survey: Prospects for Finding Electromagnetic Counterparts of Gravitational-Wave Sources (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2nd Symposium - New Development in Astrophysics through Multimessenger Observations of Gravitational Wave Sources
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都）
  • 年月日: 20140113-20140115
• [学会発表] Optical Observations of Extragalactic Supernovae (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Multi-Messengers from Core-Collapse Supernovae
  • 発表場所: 福岡大学（福岡県）
  • 年月日: 20131202-20131206
  • 招待講演
• [学会発表] Radioactively Powered Emission from Neutron Star Merger (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Long-term Workshop on Supernovae and Gamma-Ray Bursts 2013
  • 発表場所: 京都大学（京都府）
  • 年月日: 20131111-20131115
• [学会発表] 連星中性子星合体からの可視光放射 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣、仏坂 健太
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
  • 年月日: 20130910-20130912
• [学会発表] 重力波天文学と連携した光赤外観測の提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2013年度光赤天連シンポジウム「2020年代の光赤外天文学 - 将来計画の再構成」
  • 発表場所: 国立天文台（東京都）
  • 年月日: 20130806-20130807
• [学会発表] 広視野サーベイ観測と連携した突発天体の即時観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2013年度岡山ユーザーズミーティング
  • 発表場所: 倉敷市立美術館 (岡山県)
  • 年月日: 20130801-20130803
• [学会発表] Time Domain Science with TMT (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Thirty Meter Telescope Science Forum
  • 発表場所: Waikoloa Resort on the island of Hawaii (USA)
  • 年月日: 20130722-20130723
  • 招待講演
• [学会発表] Optical Transient Survey with Medium-Size Telescopes (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Medium-Size Telescope Science Workshop
  • 発表場所: Dianchi Hotel （中国）
  • 年月日: 20130621-20130625
  • 招待講演
• [学会発表] Optical Emission from Neutron Star Merger (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Gravitational Waves - Revolution in Astronomy and Astrophysics
  • 発表場所: 京都大学（京都府）
  • 年月日: 20130602-20130607
• [備考] 中性子星合体からの電磁波放射
  • URL: http://4d2u.nao.ac.jp/t/var/download/index.php?id=NSMerger