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

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。

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。