ニュートリノで探る高エネルギー天体現象における高温・高密度物質の物理

利用中微子探索高能天文现象中高温、高密度物质的物理学

基本信息

批准号：
09J01189
负责人：
中里健一郎
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

太陽の10倍以上の質量を持つ星は、その進化の最後に重力崩壊を起こして超新星爆発に至ると考えられている。超新星爆発は元素の起源や銀河進化の動力源として重要なだけでなく、近年、話題を呼んでいるガンマ線バーストなどの高エネルギー天体現象との関連も指摘される、宇宙物理学における中心課題の一つであるが、その詳細な爆発メカニズムが未解明であるなど今なお解決されるべき問題を多く含んだテーマでもある。特に超新星爆発の中心部では非常に高温で高密度な状態となるため、ミクロな物理過程がマクロな天体現象に影響を与える複雑な状態になっているが、本研究課題ではこういった高密度天体内部の現象を探る際にはニュートリノによる観測が有用であるという観点から、その理論予測を目指して研究を進めている。本年度は、重力崩壊を起こす星のうちでも特に質量が大きく、ブラックホールを形成する場合に対して、その中心部におけるクォーク相転移の影響を調べた。具体的には、太陽の40～400倍の質量をもつ星の重力崩壊とそれに伴うブラックホール形成の数値シミュレーションを行った。その結果、100倍の太陽質量以下では重力崩壊の途中で跳ね返り(バウンス)が起こり、効率的にニュートリノが放射されるフェーズが1秒程度持続した後、クォーク相転移によってブラックホール形成が誘発されることが分かった。一方、それより質量の大きい星の崩壊ではバウンスが起こらずクォーク相転移による影響は現れなかった。また前者の場合、クォーク相転移が起こる場合は起こらない場合と比べてニュートリノの総放出量が少なく、観測的に有為な違いになると期待できることが分かった。

人们认为质量超过太阳十倍的恒星在演化末期会经历引力塌缩，导致超新星爆炸。超新星爆炸是天体物理学的核心问题之一，因为它们不仅作为元素的起源和星系演化的动力来源很重要，而且还与伽马射线爆发等高能天体现象有关。近年来一直受到关注，但这个主题仍然包含许多问题需要解决，例如详细的爆炸机制尚不清楚。特别是，超新星爆炸的中心非常热和致密，形成了一种微观物理过程影响宏观天体现象的复杂状态，从利用中微子进行观察在研究天体内部现象时有用的角度来看，我们正在进行研究。目的是进行理论预测。今年，我们研究了夸克相变对恒星中心夸克相变的影响，这些恒星质量特别大，形成黑洞，并经历引力坍缩。具体来说，他们对质量为太阳 40 至 400 倍的恒星的引力塌缩以及由此产生的黑洞形成进行了数值模拟。结果，在太阳质量的100倍以下，引力塌缩时会发生反弹，中微子有效发射的阶段持续约1秒后，夸克相变会诱发黑洞形成。这就是我发现的。。另一方面，在质量较大的恒星坍缩中，没有发生弹跳，也没有出现夸克相变的效应。此外，在前一种情况下，夸克相变发生时发射的中微子总量比夸克相变不发生时发射的中微子总量要少，我们可以预期这是一个观测上的显着差异。