Theoretical study on the multi-dimensional supernova mechanism towards multi-messenger supernova observations

本年度の実績として、まず、超新星１９８７Aの親星として連星の効果を含んだ最新のモデルを用いて、空間3次元ニュートリノ輸送数値シミュレーションを行ったところ、衝撃波の失速後、ニュートリノ加熱により衝撃波が復活して、爆発に転じていく様子を再現することが出来た。ニュートリノ加熱により、対流が駆動され、特に、加熱領域による乱流が十分に発達している間に、シリコン酸素層が衝撃波に落下したタイミング(衝撃波への質量降着率が下がるため）と良い相関をもって、衝撃波が復活することがわかった。さらに爆発に伴う重力波、ニュートリノシグナルの定量的予測を行うこともできた。特に、重力波に関しては、重力波の周波数、強度解析を行うことで、原始中性子星の基準振動モードの検出が、銀河中心の超新星イベントに対して、LIGOをはじめとする現在稼働中に重力波の干渉計の検出限界内にあることを示すことが出来た。ニュートリノに関しては、スーパーカミオカンデをはじめとする検出器でのイベント数の定量的な予測も行うことが出来た。特に、本年度は、アキシオンと呼ばれる素粒子の効果を含んだ超新星研究に着手出来たことも特筆すべきである。アキシオン輸送の効果を近似的に取り込んだシステマティックなシミュレーションを行い、典型的な超新星の親星に対して、アキシオンの素粒子論的な性質を記述するアキシオンと物質の結合定数、アキシオンの質量に関して、従来の観測と無矛盾になるようなパラメータ領域を精査した。本研究成果を踏まえ、海外の超新星研究グループが、より詳細なパラメーター絞り込みの研究も報告された。このように、超新星を舞台としたアキシオンを中心に据えた素粒子天体物理学の研究に弾みを与えられたことも、本課題の研究成果と言える。

本年度の実績として、まず、超新星１９８７Aの親星として連星の効果を含んだ最新のモデルを用いて、空間3次元ニュートリノ輸送数値シミュレーションを行ったところ、衝撃波の失速後、ニュートリノ加熱により衝撃波が復活して、爆発に転じていく様子を再現することが出来た。ニュートリノ加熱により、対流が駆動され、特に、加熱領域による乱流が十分に発達している間に、シリコン酸素層が衝撃波に落下したタイミング(衝撃波への質量降着率が下がるため）と良い相関をもって、衝撃波が復活することがわかった。さらに爆発に伴う重力波、ニュートリノシグナルの定量的予測を行うこともできた。特に、重力波に関しては、重力波の周波数、強度解析を行うことで、原始中性子星の基準振動モードの検出が、銀河中心の超新星イベントに対して、LIGOをはじめとする現在稼働中に重力波の干渉計の検出限界内にあることを示すことが出来た。ニュートリノに関しては、スーパーカミオカンデをはじめとする検出器でのイベント数の定量的な予測も行うことが出来た。特に、本年度は、アキシオンと呼ばれる素粒子の効果を含んだ超新星研究に着手出来たことも特筆すべきである。アキシオン輸送の効果を近似的に取り込んだシステマティックなシミュレーションを行い、典型的な超新星の親星に対して、アキシオンの素粒子論的な性質を記述するアキシオンと物質の結合定数、アキシオンの質量に関して、従来の観測と無矛盾になるようなパラメータ領域を精査した。本研究成果を踏まえ、海外の超新星研究グループが、より詳細なパラメーター絞り込みの研究も報告された。このように、超新星を舞台としたアキシオンを中心に据えた素粒子天体物理学の研究に弾みを与えられたことも、本課題の研究成果と言える。