Computing electromagnetic and gravitational-wave signals from neutron star mergers

计算中子星合并产生的电磁波和引力波信号

• 批准号: 20H00158
• 负责人: 柴田 大
• 金额: $ 28.54万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00158/
• 关键词: 重力波; キロノバ; 中性子星連星; 中性子星; 元素合成; ブラックホール; 中性子星の合体; ガンマ線バースト; 数値相対論; 超新星爆発; 中性子星連星の合体; 突発的天体現象; 電磁波対応天体; マルチメッセンジャー天文学; 突発的天体; 中性子星合体

以下の複数の研究を進め、研究成果を論文としてまとめた。1: 前年度に引き続きブラックホールと中性子星の連星の合体に関する輻射磁気流体シミュレーションを長時間にわたって(2--5秒にわたって)実行した。この論文は11月にPhysical Review Dに投稿され、4月27日現在査読中である。2: 連星中性子星が合体し、その後数十msほどでブラックホールと降着円盤の系に進化する場合に対して、1秒間にわたる数値相対論的磁気流体シミュレーションを世界で初めて実行し、結果をまとめてPhysical Review Lettersに投稿した。結果は上記のブラックホール・中性子星連星の場合によく似ているが、異なる点として、光速の95%にも及ぶ超高速度の物質が放出されることが確認された。3: 連星中性子星が合体し、ブラックホールと降着円盤ができた後の系に対して数秒間にわたる輻射磁気流体シミュレーションを行い、特に放出物質から生成される重元素について詳しく調べた。その結果、ブラックホールが合体後に数十秒以内に誕生する場合には、連星の質量によらず元素合成パターンが太陽組成に似たものになることを確認した。結果はすでにAstrophysical Journalに掲載されている。４：回転する大質量星がブラックホールと降着円盤を形成させる場合に対して、輻射粘性流体計算を実行した。降着円盤での粘性加熱の結果、星全体が超新星のように爆発することが初めて示された。爆発エネルギーは典型的な超新星エネルギーを超えうるので、高エネルギー超新星爆発の機構として有望なことがわかった。結果は、Astrophysical Journalに投稿中である。他にも、キロノバのモデル構築、超大質量星による白色矮星の潮汐破壊、数値コード開発、修正重力理論における数値相対論など様々な研究を進めたが、文字数の制限により詳細は割愛する。

进行了以下多项研究，并将研究结果汇编为论文。 1：与上一年一样，长期（超过2-5秒）进行了黑洞和中子星的组合的辐射磁模拟。本文于11月提交了物理审查D，目前正在4月27日进行审查。 2：对于在接下来的几十个MS中，二进制中子星合并并演变成黑洞和积聚磁盘系统的情况，我们首次在世界上进行了一秒钟的数值相对论磁模拟模拟，并且结果在物理评论的信中汇总了结果。结果与上述黑洞/中子星二进制恒星非常相似，但区别在于释放了超高的速度材料，达到了光速的95％。 3：在组合二进制中子恒星之后，在系统上进行了几秒钟的辐射磁磁模拟进行了辐射磁体模拟，并创建了黑洞和积聚盘，尤其是从发射材料产生的重元件。结果，已经证实，当黑洞结合后几十秒内出生时，元素合成模式与太阳能组成相似，而与二进制恒星的质量无关。结果已经发表在天体物理学期刊上。 4：对旋转巨大恒星形成黑洞和吸积盘的情况进行辐射粘性流体计算。首先表明，由于积聚磁盘中的粘性加热，整个恒星像超新星一样爆炸。由于爆炸能量可以超过典型的超新星能，因此已发现它是高能超新星爆炸的一种机制。结果目前已发布在天体物理杂志上。我们还进行了各种其他研究，包括建立Kironova模型，超级质量星对白矮星的潮汐破坏，数值代码的开发以及修改后的重力理论中的数值相对论，但由于字符限制，详细信息将省略。

项目成果

Toward self-consistent picture of neutron-star mergers based on numerical relativity

基于数值相对论的中子星合并自洽图

• 发表时间: 2021
• 作者: 小西真広 (東京大学);本原顕太郎 (国立天文台;東京大学);高橋英則;小山舜平;加藤夏子;櫛引洸佑;陳諾;穂満星冴;安田彩乃 (東京大学);他;Masaru Shibata
• 通讯作者: Masaru Shibata

General-relativistic neutrino-radiation magnetohydrodynamic simulation of seconds-long black hole-neutron star mergers

• DOI: 10.1103/physrevd.106.023008
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: Kota Hayashi;S. Fujibayashi;K. Kiuchi;K. Kyutoku;Y. Sekiguchi;M. Shibata

Viscous evolution of a massive disk surrounding stellar-mass black holes in full general relativity

• DOI: 10.1103/physrevd.102.123014
• 发表时间: 2020-09
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: S. Fujibayashi;M. Shibata;S. Wanajo;K. Kiuchi;K. Kyutoku;Y. Sekiguchi

Analytic properties of the electromagnetic field of binary compact stars and electromagnetic precursors to gravitational waves

• DOI: 10.1093/ptep/ptaa126
• 发表时间: 2020-08
• 期刊: Progress of Theoretical and Experimental Physics
• 影响因子: 3.5
• 作者: Tomoki Wada;M. Shibata;K. Ioka

Magnetospheres of black hole-neutron star binaries

• DOI: 10.1103/physrevd.104.063004
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: F. Carrasco;M. Shibata;Oscar A. Reula