回転する大質量星の重力崩壊に対する現実的かつ一般相対論的シミュレーション

旋转大质量恒星引力塌缩的真实广义相对论模拟

基本信息

批准号：
17030004
负责人：
柴田大
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

ガンマ線バーストは長年未知の天体現象であったが、最近の多波長観測の結果、そのうちの少なくともいくつかは、遠方宇宙で発生する大質量星の重力崩壊の結果起こることが明らかになった。その最も有力なシナリオは、大質量星の重力崩壊に伴ってブラックホールと高温かつ高密度の降着円盤が誕生した後に、降着円盤から高エネルギーニュートリノ放射およびニュートリノ対消滅が起こり、ガンマ線と電子陽電子からなる火の玉を作るとするものである。しかしながら、このシナリオ通り重力崩壊に伴ってブラックホールと高温高密度の降着円盤が誕生することは理論的に解明されていない。これを解明するには、現実的な状態方程式や物理素過程を考慮しながら、空間多次元の一般相対論的な数値シミュレーションを行うことが要求されるが、こういった研究がなかったからである。本研究の目的はこのようなシミュレーションが実行可能な数値コードを作成し、シミュレーションを実行することである。まず現実的状態方程式としては、Shenらによる相対論的場の理論に基づいた有限温度の効果も考慮したバリオンに対する状態方程式を基礎に、電子陽電子、ニュートリノ、輻射の効果も考慮した現在もっとも現実的といえる状態方程式を採用した。ニュートリノの冷却効果が重要な役割を果たすので、Leakage法と呼ばれる方法を用いながら、ニュートリノ放射を取り入れた。今年度はこれらの効果を取り入れた軸対称計算コードの作成およびそのコードのチェックを入念に行った。まず行ったのは、球対称の大質量星の重力崩壊である。大質量星のモデルとしては、HegerとWoosleyによって計算されインターネット上にデータが公開されているものを用いた。これまでにも同様の計算が球対称を仮定して行われているので、過去の計算と比べ一致することを確認した。さらに分解能を変化させた計算を行い、計算結果が十分に収束していることも確認した。これらの計算の後、回転している大質量星のモデルを用いて、数値シミュレーションを実行している。ただし、大変重い計算なので、NECSX8のような大型計算機を用いても、1つの計算を実行するのに1,2ヶ月を要する。そのため、まだ公表できるだけの結果が十分に蓄積できていない。しかし、計算自体は順調に進んでいるので、来年度以降、世界先端の成果を公表できる見込みである。なお関連する仕事として、磁場入り回転星の重力崩壊のシミュレーションを、簡略化した状態方程式を用いて実行し、重力崩壊において重要となりうる磁場の効果を明らかにした。

多年来，伽马射线爆发一直是未知的天体现象，但是最近的多波长观察结果表明，至少其中一些是由于遥远宇宙中发生的巨大恒星的重力崩溃而导致的。最有希望的情况是，在巨大的恒星重力崩溃之后，黑洞和高温，高密度吸积盘是诞生的，高能中微子辐射和中微子对灭绝发生在积聚磁盘上，从而产生了由伽玛射线和电子额定值组成的火球。但是，在这种情况下，从理论上讲，尚不清楚黑洞和高温，高密度积聚磁盘将随着重力塌陷而产生。为了理解这一点，有必要对空间多维一般相对论进行一般相对论的数值模拟，同时考虑到现实的状态和物理过程方程，但是这种研究尚未进行。这项研究的目的是创建可以执行此类仿真并执行模拟的数值代码。首先，作为一个现实的状态方程，我们基于Baryons的状态方程，采用了当前最现实的状态方程，这些方程也考虑了Shen等人基于相对论领域的理论的有限温度的影响。由于中微子的冷却效果起着重要作用，因此使用称为泄漏方法的方法合并中微子辐射。今年，我们仔细创建了包含这些效果并检查这些代码的轴对称计算代码。我们要做的第一件事是大球体对称恒星的重力崩溃。大型恒星的模型是由Heger和Woosley计算的模型以及在Internet上发布的数据。由于直到现在进行了类似的计算，因此已经假定了球形对称性，我们已经确认它们与先前的计算一致。此外，进行了不同分辨率的计算，并证实计算结果已经充分收敛。经过这些计算后，使用旋转巨星的模型进行数值模拟。但是，由于这是一个非常沉重的计算，即使使用大型计算机（例如NECSX8），执行一个计算也需要1或2个月。结果，我们尚未积累足够的结果来发布。但是，计算本身的进展顺利，预计世界领先的结果将从明年开始发布。作为一项相关任务，使用简化的状态方程进行了磁性旋转星的重力塌陷的模拟，以揭示在重力崩溃中可能很重要的磁场的影响。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Axisymmetric collapse simulations of rotating massive iron cores in full general relativity : Numerical Study for prompt black hole formation

完全广义相对论中旋转大铁芯的轴对称塌陷模拟：快速黑洞形成的数值研究

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Physical Review D 71
影响因子：
0
作者：
Y.Sekiguchi;M.Shibata
通讯作者：
M.Shibata

Robustness of a high-resolution central scheme for hydrodynamic simulations in full general relativity

完全广义相对论中流体动力学模拟的高分辨率中心方案的鲁棒性

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Physical Review D 72
影响因子：
0
作者：
M.Shibata;J.A.Font
通讯作者：
J.A.Font

Magnetorotational collapse of massive stellar cores to neutron stars : Simulation in full general relativity

大质量恒星核心磁旋转塌缩成中子星：完全广义相对论的模拟

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Physical Review D 74
影响因子：
0
作者：
M.Shibata;Y.-T.Liu;S.L.Shapiro;B.C.Stephens
通讯作者：
B.C.Stephens

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柴田大其他文献

Merger of black hole-neutron star binaries : Nonspinnig black hole case

黑洞与中子星双星的合并：非自旋黑洞情况

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Physical Review D 74
影响因子：
0
作者：
Masato Minamitsuji;Wade Naylor and Misao Sasaki;佐々木節;南辻真人;Christian T. Byrnes;小玉英雄;横山順一;Robert Brandenberger;白水徹也;横山修一郎;Antonino Flachi;柴田大
通讯作者：
柴田大