大質量初代星の重力崩壊

大质量主恒星的引力塌缩

基本信息

批准号：
06J00510
负责人：
中里健一郎
金额：
$ 1.79万
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：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

宇宙で最初に出来た初代星の研究は、化学進化など宇宙の歴史を理解する上で重要である。これらの星には、太陽の数十倍〜千倍程度の質量のものが多くあったとされており、それが進化の最後に重力崩壊を起こしてブラックホールを形成とされている。その際、パイ粒子の凝縮やハイペロンの出現、クォークの解放(QCD相転移)が起こるような高温・高密度領域を通過する可能性がある。最近のわれわれの研究により、これまできちんと考慮されてこなかったこれらの現象が、状態方程式をやわらかくすることでブラックホール形成のダイナミクスに影響を与えることが分かった。具体的には、100太陽質量以下の星で重力崩壊が加速され。ブラックホール形成までの時間が早まることが分かった。特に、ハイペロン出現の効果は大きく、40太陽質量程度の超新星爆発を起こすような星より少し重い星で、この違いが極めて顕著に現れることも分かった。そこで当初の計画を一部変更し、40太陽質量の星の重力崩壊から放出されるニュートリノが、既存の検出器であるスーパーカミオカンデにおいてどのように検出されるかを詳細に解析した。具体的には柔らかい核物質のモデルに基づく状態方程式の場合と、硬い核物質のモデルにハイペロンの自由度を考慮した状態方程式の場合で比較した。状態方程式の硬さはブラックホール形成までの時間を決め、それがニュートリノの総検出数に反映されるが、両者で総検出数にあまり違いはなかった。しかし、累積イベント数の時間発展に着目すると、銀河系内のイベントであれば、両者の違いが統計的に有為に検出されることが分かった。これは、ニュートリノ天文学によって、高密度物質の物理へのフィードバックが可能であることを示した、意義深い成果であると考えている。

研究宇宙中形成的第一批恒星对于理解宇宙的历史，包括其化学演化非常重要。据说，其中许多恒星的质量是太阳的几十到一千倍，在演化结束时，它们被认为经历了引力塌缩，形成了黑洞。那时，它可能会经过一个高温、高密度的区域，其中π粒子凝聚、超子出现、夸克释放（QCD相变）。我们最近的研究表明，这些迄今为止尚未得到适当考虑的现象通过软化状态方程来影响黑洞形成的动力学。具体来说，在小于 100 个太阳质量的恒星中，引力塌缩会加速。事实证明，黑洞形成的时间加快了。特别是，人们发现，超子的出现影响很大，这种差异在比大约40个太阳质量、会爆炸成超新星的恒星稍重的恒星中极其明显。因此，他们对原计划进行了一些修改，对现有探测器Super-Kamiokande如何探测40个太阳质量的恒星引力塌缩发射的中微子进行了详细分析。具体来说，我们比较了基于软核材料模型的状态方程的情况和基于考虑了超子自由度的硬核材料模型的状态方程的情况。状态方程的硬度决定了黑洞形成所需的时间，这反映在检测到的中微子总数上，但两者检测到的中微子总数并没有太大差异。然而，当我们关注事件累积数量随时间的演变时，我们发现对于银河系内的事件来说，两者之间的差异在统计上是显着的。我们相信这是一项重大成就，表明中微子天文学可以为致密物质物理学提供反馈。