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相対論的輻射媒介衝撃波の定常解に基づいた衝撃波ブレイクアウトの理論研究

基于相对论辐射介导冲击波稳态解的冲击波爆发理论研究

基本信息

批准号：
19K03878
负责人：
伊藤裕貴
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、光子とプラズマの相互作用が散逸過程を担っている相対論的輻射媒介衝撃波の第一原理計算に取り組んでいる。今年度は主に連星中性子星合体に伴い放出されるエジェクタに発生する衝撃波を対象にした計算を行った。これまで取り組んできた計算との違いは、衝撃波が伝搬するプラズマの組成として電子・陽子に加えて、新たにr過程によって生成された重元素の存在を考慮した点である。衝撃波の伝搬速度としては、光速度の25% からローレンツ因子10程度の範囲のものを考慮した。その結果、衝撃波の伝搬速度が光速度の５０％以下の場合においては、プラズマ内に多量のr 過程元素が存在している場合は、陽子・電子プラズマのみであった場合と比べて光子の生成率が上がるため、衝撃波の下流の温度が約10倍ほど低くなることが明らかになった。このことは、連星中性子星合体に伴うショックブレイクアウトの放射スペクトルの観測から、エジェクタ内のr過程元素の存在量を調べることが可能であることを示唆している。一方で、より光速に近い伝搬速度を持った衝撃波に関しては、衝撃波の内部に電子・陽電子が大量に発生するため、陽子・電子プラズマのみの場合と同程度の温度を示すことが明らかになった。また、ほぼ光速度で伝搬する衝撃波においては、バルクコンプトン効果によって高エネルギーの光子が発生するため、その光子によるr過程元素の光分解が発生する可能性も予想されていたが、本計算によってその効果は無視できることが定量的に示された。

In this study, the interaction between photons and radiation media is considered to be the first principle calculation of radiation media shock waves. This year, calculations were made to determine the target of the shock wave generated by the massive explosion emitted by the main star and the secondary star combination. The composition of the shock wave is calculated by taking into account the existence of heavy elements in the electron and anode processes. The velocity of shock wave is 25%, the light velocity is 10%, and the range of shock wave is considered. As a result, when the velocity of shock wave propagation is less than 50% of the light velocity, a large number of process elements exist in the interior of the shock wave, and when the photon generation rate is higher than that of the electron, the temperature of shock wave downstream is about 10 times lower. The amount of the elements in the process can be adjusted. The speed of light and the temperature of the shock wave are related to the generation of electrons and positrons in the shock wave. The calculation of the probability of the generation of photons by photolysis of process elements in the shock wave due to the high optical velocity and the high optical velocity is carried out quantitatively.