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2013 年度 実施状況報告書

現実的核力から出発した変分法による超新星爆発計算用の核物質状態方程式の改良

研究課題

研究課題/領域番号 25400275
研究種目

基盤研究(C)

研究機関早稲田大学

研究代表者

鷹野 正利  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00257198)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2018-03-31
キーワード核物質状態方程式 / 超新星爆発 / 変分法
研究概要

現実的核力から出発した2種類の変分法に基づく、超新星爆発シミュレーションに適用可能な核物質状態方程式作成の研究を推進した。
まずクラスター変分法を用いた一様核物質の状態方程式を、1次元超新星シミュレーションへと適用した。この際低密度領域に対する状態方程式は、Shenの状態方程式を代用した。ニュートリノ輸送を考慮しない場合と考慮する場合との両者でシミュレーションを行い、共に数値計算が正常に行われることを確認した。これは核力から出発した多体変分計算による核物質状態方程式を、超新星爆発計算へ適用した世界初の例である。断熱計算の場合は爆発現象が見られ、ニュートリノ輸送を考慮すると、他のシミュレーションの場合と同様に、爆発は起こらなかった。また、Shenの状態方程式との非圧縮率や対称エネルギーの違いによって、原始中性子星のサイズや内部の電子混在度に違いが見られることを明らかにした。
また非一様核物質に対しても、超新星爆発用状態方程式テーブル作成に必要なほぼ全ての密度、温度、陽子混在度に対して、自由エネルギーの計算を行った。
一方、エネルギー汎関数を用いた変分法の改良では、中性子物質に対して2体核力のスピン・軌道力を取り扱う理論の拡張に成功した。テンソル力を取り扱う拡張の際に鍵となったnodal diagramを取り入れることで、安定な変分計算解が得られるようになり、その値はMonte Carlo計算結果と非常に近い値となった。
また2体の中心力に加え3体斥力を考慮した中性子物質に対し、エネルギー汎関数を用いた変分法を有限温度へと拡張した。2体力のみを考慮した場合と同様に、得られた自由エネルギーは妥当な振舞を示した。さらに2体力のみの場合より、安定な数値解が得られる密度領域が広くなった。これは3体斥力によって中性子が近接する傾向が抑制されたためと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

クラスター変分法に基づく一様核物質状態方程式を実際に1次元超新星爆発シミュレーションに適用する研究に予定以上の時間がかかってしまい、核物質状態方程式テーブル作成そのものの進行が遅れたため。また同様の理由でエネルギー汎関数を用いた変分法のスピン・軌道力考慮への拡張の研究の着手が若干遅れたため。

今後の研究の推進方策

昨年度の主要な研究課題はクリアしているので、予定通りに研究を進める。
すなわち平成26年度は、まずクラスター変分法による超新星爆発計算用の核物質状態方程式テーブル完成を目指し、また中性子物質および対称核物質に対するエネルギー汎関数を用いた変分法を、現実的核力を扱うように拡張する。さらに、非対称核物質への拡張の研究にも着手する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Application of the nuclear equation of state obtained by the variational method to core-collapse supernovae2014

    • 著者名/発表者名
      H. Togashi, M. Takano, K. Sumiyoshi and K. Nakazato
    • 雑誌名

      Prog. Theor. Exp. Phys

      巻: 2014 ページ: 023D05-1,19

    • DOI

      10.1093/ptep/ptu020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Nuclear Equation of State for Core-Collapse Supernovae with the Variational Method2014

    • 著者名/発表者名
      H. Togashi, S. Yamamurao, K. Nakazato, M. Takano, H. Suzuki and K. Sumiyoshi
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conf.

      巻: 66 ページ: 07026-p.1, 4

    • DOI

      10.1051/epjconf/20146607026

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 現実的核力を用いた変分法と核物質状態方程式2013

    • 著者名/発表者名
      鷹野正利
    • 雑誌名

      原子核研究

      巻: 57 Suppl.4 ページ: 39, 42

  • [学会発表] 超新星状態方程式テーブルの作成に向けた効率的な非一様相計算2014

    • 著者名/発表者名
      竹原裕太, 山室早智子, 中里健一郎, 鈴木英之, 富樫甫, 鷹野正利
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 発表場所
      国際基督教大学
    • 年月日
      20140319-20140322
  • [学会発表] The shell effects in hot nuclei and their influence on the nuclear compositions in supernova matter2013

    • 著者名/発表者名
      Suguru Nishimura and Masatoshi Takano
    • 学会等名
      The 12th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      20131118-20131121
  • [学会発表] Explicit Energy Functional for Infinite Nuclear Matter with the Tensor Force2013

    • 著者名/発表者名
      M. Takano, M. Yamada and K. Kato
    • 学会等名
      Recent Progress on Many-Body Theories 17
    • 発表場所
      Rostock, Germany
    • 年月日
      20130909-20130913
  • [学会発表] New Nuclear Equation of State for Core-Collapse Supernovae with the Variational Method2013

    • 著者名/発表者名
      H. Togashi, S. Yamamuro, K. Nakazato, M. Takano, H. Suzuki and K. Sumiyoshi
    • 学会等名
      The 25th International Nuclear Physics Conference
    • 発表場所
      Firenze, Itary
    • 年月日
      20130602-20130607
  • [学会発表] クラスター変分法による有限温度核物質状態方程式とニュートリノを考慮した重力崩壊型超新星爆発シミュレーション

    • 著者名/発表者名
      富樫甫,竹原裕太,山室早智子,中里健一郎,鷹野正利,鈴木英之,住吉光介
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
  • [学会発表] 一様核物質に対するエネルギー汎関数を用いた変分法の改良III

    • 著者名/発表者名
      鷹野正利,加藤浩平,山田勝美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
  • [学会発表] 一様核物質に対する変分法の展望

    • 著者名/発表者名
      鷹野正利
    • 学会等名
      新学術領域「素核宇宙融合による計算科学に基づいた重層的物質構造の解明」のまとめと今後を語る研究会
    • 発表場所
      旅館すがわら
    • 招待講演
  • [学会発表] Nuclear equation of state with the variational method and its application to supernova simulations

    • 著者名/発表者名
      H. Togashi, M. Takano, K. Sumiyoshi and K. Nakazato
    • 学会等名
      Hadron Nuclear Physics 2013
    • 発表場所
      Zhangjiajie, China

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公開日: 2015-05-28  

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