超新星ニュートリノの光度及びスペクトルの包括的な研究

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本採択課題では近い将来起こる超新星爆発への準備として、大質量星の進化とその最後に起こる超新星爆発及び中性子星冷却段階におけるニュートリノの放出をより詳細にかつ包括的に扱うことを目指した。今年度は超新星爆発段階におけるニュートリノに注目し、核子散乱によるニュートリノスペクトルへの影響の調査を行った。爆発前の中心部には非常に多くの核子が存在し、ニュートリノを散乱してそのエネルギースペクトルに影響を与えることが知られている。一方で、１回の散乱で交換するエネルギーは非常に小さく、現在の超新星爆発の数値計算においてこの影響を正しく解像できているかに疑問が持たれる。そこで、物理過程を正確に扱うことに長けているモンテカルロ法を用いたニュートリノ輸送計算コードを新しく開発し、静止流体バックグラウンドに対してニュートリノの定常計算を行った。そして、核子散乱によるニュートリノスペクトルへの影響調査及び爆発の数値計算における核子散乱の適切な取り込み方法の考案を行った。まず、電子型と反電子型ニュートリノについては核子散乱よりも陽子あるいは中性子による捕獲反応が支配的に起こるため、核子散乱の影響は無視できることが分かった。一方で、重レプトン型ニュートリノについては、核子散乱が支配的に起こりニュートリノの平均エネルギーを15%ほど下げる結果となった。また、爆発の数値計算で実際に行っている分布関数のエネルギービン内の平均化操作をモンテカルロ輸送計算コード内で再現し、具体的にどのようなエネルギー分布を仮定した場合に正しいニュートリノスペクトルが再現できるかを調査した。結果として、エネルギービンの数が少ない場合は、各エネルギービンにおけるニュートリノの総数のみならず、総エネルギーが保存するような分布を与えないと、核子散乱によるエネルギー交換を過大評価してしまうことが分かった。