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，我们根据从研究到上一年获得的结果预测了超新星背景中微子的光谱和检测灵敏度。超新星背景中微子是过去引力塌陷超新星爆炸释放的中微子从空间带来的背景辐射。通过结合从研究到上一年获得的早期和晚期的结果来评估由单个超新星发出的中微子的光谱，并根据核材料状态方程式检查了差异。此外，我们已经构建了超新星背景中微子的理论模型，不仅在超新星爆炸的情况下，而且在形成黑洞的情况下。还使用下一代水Cherenkov探测器SK-GD和HyperKamiokande预测检测灵敏度。结果，发现检测敏感性不仅随核物质状态的方程式而变化，而且随着超新星爆炸形成的中子星的质量分布以及形成的黑洞的比例，检测敏感性的依赖性因状态方程而变化，尤其是在形成黑色孔的比例的情况下，尤其是根据状态方程式而变化。此外，发现在Hyperkamiokande中继续观测10年时，在本研究中大多数情况下，敏感性可能会以3σ或更高的敏感性进行检测。关于上述结果，论文已经发表在经过同行评审的欧洲论文中。此外，关于从超新星发出的中微子的数值计算，我们还研究了后期原始中子恒星表面附近出现的细胞核模型。具体而言，除了假定单个核素的局部密度近似模型外，我们还使用假定核统计平衡的模型评估了中微子光度曲线。结果表明，由于核材料的状态方程，后一种模型没有显示太大差异。这项成就已经在经过同行评审的欧洲论文杂志上发表。

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