Probe of Fundamental Physics with Numerical Study of Black Hole Formation using the Boltzmann Neutrino Transport

利用玻尔兹曼中微子输运对黑洞形成进行数值研究的基础物理探索

• 批准号: 22KJ2915
• 负责人: 赤穗 龍一郎
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2915/
• 关键词: ニュートリノ; 原始中性子星; 超新星爆発

本研究の目標は一般相対論的ボルツマン輻射流体コードを開発し、大質量星の重力崩壊からコンパクト天体に至る過程を理解することである。2022年度には、重力崩壊後に形成される原始中性子星に関して2つの観点から研究を行なった。一つ目は、原始中性子星の対流である。原始中性子星の後期進化計算は一次元球対称を課した先行研究が数多いが、実際には対流などの多次元効果が重要である。コアバウンス後2秒の原始中性子星に関して空間二次元でシミュレーションを行った。エントロピー勾配が正であってもレプトン数勾配が負であることにより対流が発生することが示された。さらに対流によって高温物質が浚渫されニュートリノ球における温度が上昇するため、ニュートリノ光度・エネルギーを上昇させることが判明した。二つ目は、原始中性子星への質量降着がニュートリノ放射へ及ぼす影響である。原始中性子星の後期進化計算に関する先行研究では質量降着が無視されてきていたが、実際には質量降着が発生することが見込まれる。本研究では冷却後期の原始中性子星へ質量降着をパラメトリックに与えてシミュレーションを行った。現実的な値の質量降着でも、原始中性子星の後期熱的放射によるエネルギー光度・エネルギーを大幅に上回りうることが判明した。また、熱的放射の場合と異なり重レプトン型ニュートリノの光度が低いため、その観測によってニュートリノ質量階層性へ強い制限を与えられる可能性が示された。

这项研究的目标是开发一种广义相对论玻尔兹曼辐射流体代码，以了解从大质量恒星引力塌缩到致密天体的过程。 2022年，我们从两个角度对引力坍缩后形成的原初中子星进行了研究。第一个是原始中子星中的对流。之前的许多研究在计算原中子星的晚期演化时都采用一维球对称性，但实际上，对流等多维效应很重要。我们在核心弹跳后 2 秒对原始中子星进行了二维空间模拟。结果表明，即使熵梯度为正，由于轻子数梯度为负，也会发生对流。此外，人们发现对流疏导了高温物质，提高了中微子球的温度，从而增加了中微子的光度和能量。第二个是原中子星质量吸积对中微子发射的影响。此前对原中子星后期演化计算的研究忽略了质量吸积，但预计质量吸积在现实中会发生。在这项研究中，我们通过对冷却后期的原中子星参数化地应用质量吸积进行了模拟。事实证明，即使是质量吸积的实际值也可能大大超过由于原中子星晚期热辐射而产生的能量光度和能量。此外，与热辐射的情况不同，重轻子中微子的光度很低，他们的观察表明有可能对中微子质量等级提供强有力的约束。

项目成果

Core-collapse Supernova Simulation with Boltzmann Neutrino Transport

使用玻尔兹曼中微子输运模拟核心塌缩超新星

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryuichiro Akaho

冷え切った原始中性子星への降着によるニュートリノ放射とその観測可能性

冷原初中子星吸积引起的中微子发射及其可观测性

• 发表时间: 2022
• 作者: 赤穗龍一郎;長倉洋樹
• 通讯作者: 長倉洋樹

ボルツマン輻射輸送計算で探る超新星爆発

使用玻尔兹曼辐射传输计算探索超新星爆炸

• 发表时间: 2022
• 作者: 赤穗龍一郎

冷え切った原始中性子星への降着によるニュートリノ放射とその観測可能性

冷原初中子星吸积引起的中微子发射及其可观测性

• 发表时间: 2022
• 作者: 赤穗龍一郎;長倉洋樹
• 通讯作者: 長倉洋樹

Protoneutron Star Convection Simulated with a New General Relativistic Boltzmann Neutrino Radiation Hydrodynamics Code

用新的广义相对论玻尔兹曼中微子辐射流体动力学代码模拟原中子星对流

• DOI: 10.3847/1538-4357/acad76
• 发表时间: 2023
• 作者: Akaho Ryuichiro;Harada Akira;Nagakura Hiroki;Iwakami Wakana;Okawa Hirotada;Furusawa Shun;Matsufuru Hideo;Sumiyoshi Kohsuke;Yamada Shoichi
• 通讯作者: Yamada Shoichi