大局的に描く中性子星形成過程の高密度核物質とニュートリノ放出の様相

中子星形成过程中的高密度核材料和中微子发射

• 批准号: 20K03973
• 负责人: 中里 健一郎
• 金额: $ 1.25万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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-20K03973/
• 关键词: 超新星ニュートリノ; 重力崩壊型超新星爆発; 原始中性子星冷却; ブラックホール; 核物質状態方程式; 超新星背景ニュートリノ; 原始中性子星

本年度は、前年度までの研究で得られた結果に基づき、超新星背景ニュートリノのスペクトルや検出感度の予測を行なった。超新星背景ニュートリノとは過去に起こった重力崩壊型超新星爆発が放出したニュートリノによる宇宙からの背景放射である。個々の超新星が放出するニュートリノのスペクトルについては、前年度までの研究で得られた early phase, late phase 各々の結果を統合して評価し、核物質状態方程式による違いについても調べた。さらに超新星爆発を起こす場合だけでなくブラックホールが形成される場合も含めて、超新星背景ニュートリノの理論モデルを構築した。また検出感度の予測は次世代の水チェレンコフ検出器であるSK-Gdとハイパーカミオカンデを想定して行なった。結果として、検出感度は核物質状態方程式だけでなく、超新星爆発で形成される中性子星の質量分布やブラックホールが形成される割合によっても変わり、特にブラックホール形成の割合については検出感度の依存性が状態方程式によって異なることが分かった。また、ハイパーカミオカンデにおいて10年間観測を続けた場合、今回の研究で検討したほとんどの場合で3σ以上の感度で検出が可能であることが分かった。以上の成果については、すでに査読付き欧文論文誌において論文を出版ずみである。その他に、超新星から放出されるニュートリノの数値計算に関して、late phase で原始中性子星の表面付近で出現する原子核のモデルについての検討も行なった。具体的には、これまで採用していた単一核種を仮定した局所密度近似のモデルに加え、核統計平衡を仮定したモデルを用いてニュートリノ光度曲線を評価した。その結果、後者のモデルでは核物質状態方程式による違いがあまり見られないことが分かった。この成果についても、すでに査読付き欧文論文誌において論文を出版ずみである。

今年，我们根据前一年的研究成果，预测了超新星背景中微子的光谱和探测灵敏度。超新星背景中微子是由过去引力塌缩超新星爆炸发射的中微子引起的来自太空的背景辐射。对于单个超新星发射的中微子光谱，我们整合并评估了前一年研究中获得的早期阶段和晚期阶段的结果，并调查了由于核物质状态方程而产生的差异。此外，他们构建了超新星背景中微子的理论模型，该模型不仅涵盖了超新星爆炸的情况，还涵盖了黑洞形成的情况。此外，假设使用下一代水切伦科夫探测器 SK-Gd 和 Hyper-Kamiokande，对检测灵敏度进行了预测。因此，探测灵敏度不仅取决于核物质状态方程，还取决于超新星爆炸中形成的中子星的质量分布和黑洞形成的速率，特别是探测灵敏度对发现黑洞形成的速率根据状态方程而不同。此外，我们发现，如果在 Hyper-Kamiokande 持续观察 10 年，在本研究中考虑的大多数情况下，检测灵敏度将达到 3σ 或更高。关于上述结果的论文已发表在同行评审的欧洲期刊上。此外，在超新星释放中微子的数值计算方面，我们还研究了晚期原中子星表面附近出现的原子核模型。具体来说，除了迄今为止采用的假设单一核素的局域密度近似模型之外，我们还使用假设核统计平衡的模型评估了中微子光曲线。结果发现，在后一个模型中，由于核材料状态方程的原因，并没有太大的差异。关于这一结果的论文已发表在同行评审的欧洲期刊上。

项目成果

Developing an end-to-end simulation framework of supernova neutrino detection

开发超新星中微子探测的端到端模拟框架

• DOI: 10.1093/ptep/ptaa185
• 发表时间: 2021
• 期刊: Progress of Theoretical and Experimental Physics
• 影响因子: 3.5
• 作者: Masamitsu Mori;Yudai Suwa;Ken'ichiro Nakazato;Kohsuke Sumiyoshi;Masayuki Harada;Akira Harada;Yusuke Koshio;Roger A. Wendell
• 通讯作者: Roger A. Wendell

超新星爆発からのニュートリノと重力波の長時間計算

超新星爆炸中微子和引力波的长期计算

• 发表时间: 2023
• 作者: Aoki Katsuki;De Felice Antonio;Mukohyama Shinji;Noui Karim;Oliosi Michele;C. Pookkillath Masroor;森正光，諏訪雄大，中里健一郎，住吉光介，小汐由介，原田将之，中西史美，Roger Wendell，原田了
• 通讯作者: 森正光，諏訪雄大，中里健一郎，住吉光介，小汐由介，原田将之，中西史美，Roger Wendell，原田了

Dirac-Brueckner-Hartree-Fock計算に基づいた状態方程式テーブルによる超新星および原始中性子星の数値シミュレーション

基于 Dirac-Brueckner-Hartree-Fock 计算的状态方程表对超新星和中子星的数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 住吉光介;古澤峻;長倉洋樹;中里健一郎;鈴木英之
• 通讯作者: 鈴木英之

Numerical study of stellar core collapse and neutrino emission using the nuclear equation of state obtained by the variational method

• DOI: 10.1093/pasj/psab026
• 发表时间: 2021-03
• 作者: K. Nakazato;K. Sumiyoshi;H. Togashi

Analytic solutions for neutrino-light curves of core-collapse supernovae

• DOI: 10.1093/ptep/ptaa154
• 发表时间: 2020-08
• 期刊: Progress of Theoretical and Experimental Physics
• 影响因子: 3.5
• 作者: Y. Suwa;A. Harada;K. Nakazato;K. Sumiyoshi