非対称超新星爆発からの重力波及びニュートリノ

不对称超新星爆炸产生的引力波和中微子

基本信息

批准号：
18840044
负责人：
固武慶
金额：
$ 1.63万
依托单位：
National Astronomical Observatory of Japan
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の研究計画一年目に予定していた、二次元輻射磁気流体計算の高速化(MPI化)を可能にした結果、これまでの10倍近く長いタイムスケールの数値計算を行うことが可能になった。そのおかげで、超新星コア内で失速してしまった衝撃波自身が流体不安定性になるモードが存在することを指摘できた。更に、入力物理を詳細に含んだ数値計算を行った結果、初めて、この流体不安定性がニュートリノ加熱メカニズムを助け、超新星爆発を数値計算で再現する上で不可欠な要素であることを明らかにできた。さらに、この不安定性が作る超新星爆発の非対称性は、観測とも整合性が良いことを指摘できた。また研究計画通りに、爆発する超新星モデルにおける重力波波形の計算及び、解析も行った。その結果、ニュートリノ起源の重力波が、物質起源の重力波よりも卓越することが分かった。特に、ニュートリノ起源重力波は低周波(〜100Hz)以下で強度が強くなり、特に我々の銀河中心で起こる超新星に対しては、次世代の重力波検出器では十分な検出可能性があることを指摘できた。さらに、この研究の発展形として、最近の素粒子モデルの中が指摘する、比較的低密度で核物質がストレンジクオーク物質に変化することを予言する状態方程式を使って重力崩壊のシミュレーションを行なった。その結果、相転移でコアの重力崩壊が促進され、相転移が起こらないときに比べて重力波強度が10パーセントほど増加することが分かった。この研究では、重力波天文学が明らかにできる物理的対象(ここでは相転移)を具体的に指摘できたことに重要性がある。また初年度に開発した数値計算を応用して、強磁場で非対称に爆発する極超新星モデルにおける元素合成の計算を可能にし、太陽組成比に対してガンマ線バーストからの寄与を見積もることができた。この研究は、極超新星の中心天体を元素合成の視点から明らかにしようとする、新しいものであり、今後のより詳細なサーベイの礎を築いた。

由于加速了本研究计划第一年计划的二维辐射磁流体动力计算（MPI），我们能够在近 10 个时间尺度上进行数值计算。比以前长了好几倍。因此，我们能够指出，存在一种模式，当冲击波在超新星核心内失速时，冲击波本身会变得流体不稳定。此外，通过包括详细输入物理的数值计算，首次发现这种流体不稳定性有助于中微子加热机制，并且是数值再现超新星爆炸的重要元素。此外，我们还能够指出，这种不稳定性引起的超新星爆炸的不对称性与观测结果是一致的。按照研究计划，我们还计算分析了超新星爆炸模型中的引力波波形。结果发现，源自中微子的引力波比源自物质的引力波更占主导地位。特别是，中微子产生的引力波在低频（~100 Hz）及以下变得更强，我们相信下一代引力波探测器将具有足够的探测潜力，特别是对于发生在我们银河系中心的超新星I。能够指出这一点。此外，作为这项研究的延伸，我们使用状态方程进行了引力塌缩模拟，正如最近的基本粒子模型所指出的那样，该方程预测核物质将以相对较低的密度转变为奇异夸克物质。他们发现，相变加速了核心的引力塌缩，与没有发生相变时相比，引力波强度增加了约 10%。这项研究的意义在于它能够具体指出引力波天文学可以揭示的物理物体（在这种情况下是相变）。此外，通过应用第一年开发的数值计算，我们能够计算在强磁场中不对称爆炸的超新星模型中的核合成，并能够估计伽马射线爆发对太阳成分比的贡献。这项研究的新颖之处在于，它试图从核合成的角度厘清超新星的中心物体，为未来更详细的调查奠定了基础。