Theoretical study on supernova neutrinos

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太陽の８倍以上の初期質量をもつ大質量星の進化については未だに多くの謎が残されている。そこで、本研究では大質量星がたどる３つの進化段階である①準静的進化段階および重力崩壊段階、②超新星爆発段階、そして③原始中性子星冷却段階の各段階において足りない物理を補いつつ、これら全ての進化段階から放出されるニュートリノについて矛盾なく包括的に扱うことを目的としている。今年度は、昨年度に引き続いて②・③段階において重要になると予想されている「ニュートリノ集団振動」に関する基礎研究を行った。集団振動はニュートリノ同士の相互作用によって引き起こされるニュートリノ振動の一種で、非常に高い空間及び角度解像度が問題となって、現在の②・③段階におけるニュートリノの理論予想には取り入れられていないだけでなく、その現象自体のふるまいについても未解明である。具体的に、申請者は高密度下においてニュートリノと物質の反応が高頻度で起こる状況下での集団振動の非線形挙動に関する調査を行った。集団振動のみの場合、ニュートリノのある一定数が電子型と重レプトン型の間で永久的に振動するが、物質との反応を考慮に入れると、その振動が徐々に抑制されてある漸近状態に落ち着いていくことが分かった。これは、超新星爆発や原始中性子星の内部における熱力学状態を大きく変更する可能性があることを示唆する重要な結果である。また、③段階におけるより詳細なニュートリノ放出を計算するために、鈴木氏及び中里氏が開発した１次元球対称の準静的な一般相対論的輻射流体計算コードをベースとして、考慮されている物理のアップデートを開始した。具体的には、現在ニュートリノ輸送計算の数値解法に用いている近似法であるMGFLD法からより高次の角度モーメントを扱うことができるモーメント法へのアップデートを行っている最中である。本プロジェクトは今年度も引き続き行っていく。