2018 Fiscal Year Annual Research Report
ショートガンマ線バーストの中心動力源と重力波に関する数値的研究
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18H01213
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
木内 建太 京都大学, 基礎物理学研究所, 特任准教授 (40514196)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井岡 邦仁 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (80402759)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 重力波 / 数値相対論 / 連星中性子星合体 / ショートガンマ線バースト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
連星中性子星合体がショートガンマ線バーストと呼ばれる天体現象をどのように駆動するのかを理論的に解明すべく、ニュートリノ輻射輸送、磁気流体、有限温度原子核状態方程式を実装した数値相対論コードを開発した。2018年度はコードの基礎部分の開発及び最適化を行った。申請者は共同研究者の協力を経て、今までに磁気流体効果のみ取り扱う数値相対論―磁気流体コードとニュートリ輻射輸送のみ取り扱う数値相対論―ニュートリノ輻射輸送コードを独立に開発してきた。本申請課題の第一目標はこの二つの独立するコードを結合させ、数値相対論―ニュートリノ輻射磁気流体コードを作成することである。
2018年度はまずこの作業を行った。特に今後の発展性を見据え、プリプロセッサ―処理によってニュートリノ輻射輸送、磁気流体効果のオン・オフを自動的に切り替えることが出来る仕様にした。また、ニュートリノ輻射磁気流体を相対論的な枠組みで考えた場合、計算各ステップでローレンツ因子と相対論的エンタルピーを求める必要がある。これは非線形代数方程式を逐次的に解くことに相当する。ニュートリノ輻射磁気流体ではこの方程式が煩雑になり数値的に安定に解けるかは非自明となるが、方程式の整理および数値アルゴリズムの開発を行った。現行のコードでは連星中性子星合体の問題において、数値的に安定的に解けることを確認した。また、連星中性子星合体の問題ではブラックホールが合体の過程で形成されることが往々にしてある。ブラックホール形成後も安定した数値計算が続けられるかは非自明であり、長時間シミュレーションを行うためには重要である。2018年度後半はこの点に焦点を当て、数値コードの開発を行った。結果、現行のコードではブラックホール形成後も長時間に渡って安定したシミュレーションが可能である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2018年度中には数値相対論―ニュートリノ輻射磁気流体の基礎部分の開発を終え、最適化の作業に入る予定であった。しかし、ブラックホール形成後に安定したシミュレーションを継続するためのアルゴリズム開発に予定より長い時間を要したため、最適化の作業に入ったのは2018年度末である。
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| Strategy for Future Research Activity |
コードの基礎部分の開発は2018年度中に完了し、今後は数値コードの最適化が最重要課題である。上述のようにニュートリノ輻射磁気流体を考えた場合、計算各ステップでローレンツ因子と相対論的エンタルピーを逐次的に求めなければならない。この反復過程では有限温度原子核状態方程式を呼び出す必要があるが、状態方程式は一般にデータサイズが数100メガバイトであるテーブルとして与えられているため、キャッシュミスが頻発し計算のボトルネックとなる。一方、連星中性子星合体を考えた場合、合体後に形成される重い中性子星の密度・温度といった構造は合体時に比べて準定常に進化するため、一つの計算ノードがカバーする密度・温度の領域はそこまで広くない。そこで有限温度原子核状態方程式テーブルを適当に分割し、キャッシュミスを低減するという戦略を取る予定である。
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