Initial data for numerical relativity simulations associated with standing waves

2022年度の研究成果として，イリノイ大（米国），マックスプランク研究所（ドイツ），華中科技大（中国）の研究者らと共同で，連星クォーク星の合体シミュレーションに成功した。このシミュレーションのために，本研究課題を含む科研費助成事業で開発してきた，数値相対論の初期データ計算コード COCAL（Compact Object CALculator）を用いて計算した，連星クォーク星の初期データを提供した。一般にクォーク星は中性子星よりコンパクトになるため重力場が強くなることと，クォーク物質は圧力がゼロとなる星の表面で密度が有限の値をとることから，数値計算の精度が悪化することが分かった。これらの数値誤差を補正するルーチンを加えることで，円軌道にある連星クォーク星の準平衡解を精度よく計算することができた。次に，これまでにCOCAL上で開発してきた磁場を伴う相対論的回転星の計算コードを，星の外部がフォースフリー磁気圏となっている場合の解を求められるよう拡張した。これを用いて，極めて強い磁場を伴う相対論的回転星の平衡解を求めることに成功した。特に，ここで求めたモデルでは，星の赤道面上の表面に近い部分で，いわゆる捩れたトーラス状の磁場が極端に強くなり，この部分の物質を排除できることが分かった。この効果により，星の内部に物質の密度が無視できるトンネル状の磁気圏持つような解が存在することを世界で初めて示した。COCALコードは2007年ごろから継続的に開発しているが，これに関連して相対論的自己重力流体の数値解法，特に連星中性子星の初期データ，ブラックホール―自己重力トロイドの平衡解，磁場を伴う回転星の平衡解についてのレビュー論文を Antonio Tsokaros氏（イリノイ大）との共著で出版した。

2022年度の研究成果として，イリノイ大（米国），マックスプランク研究所（ドイツ），華中科技大（中国）の研究者らと共同で，連星クォーク星の合体シミュレーションに成功した。このシミュレーションのために，本研究課題を含む科研費助成事業で開発してきた，数値相対論の初期データ計算コード COCAL（Compact Object CALculator）を用いて計算した，連星クォーク星の初期データを提供した。一般にクォーク星は中性子星よりコンパクトになるため重力場が強くなることと，クォーク物質は圧力がゼロとなる星の表面で密度が有限の値をとることから，数値計算の精度が悪化することが分かった。これらの数値誤差を補正するルーチンを加えることで，円軌道にある連星クォーク星の準平衡解を精度よく計算することができた。次に，これまでにCOCAL上で開発してきた磁場を伴う相対論的回転星の計算コードを，星の外部がフォースフリー磁気圏となっている場合の解を求められるよう拡張した。これを用いて，極めて強い磁場を伴う相対論的回転星の平衡解を求めることに成功した。特に，ここで求めたモデルでは，星の赤道面上の表面に近い部分で，いわゆる捩れたトーラス状の磁場が極端に強くなり，この部分の物質を排除できることが分かった。この効果により，星の内部に物質の密度が無視できるトンネル状の磁気圏持つような解が存在することを世界で初めて示した。COCALコードは2007年ごろから継続的に開発しているが，これに関連して相対論的自己重力流体の数値解法，特に連星中性子星の初期データ，ブラックホール―自己重力トロイドの平衡解，磁場を伴う回転星の平衡解についてのレビュー論文を Antonio Tsokaros氏（イリノイ大）との共著で出版した。