Modeling electromagnetic wave signals from supernovae associated with gamma-ray burst

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本年度は、ガンマ線バースト(GRB)における超相対論的ジェットと星周物質との衝突過程の研究を推進した。GRBはローレンツ因子が100を超えるジェットのエネルギー散逸によって即時ガンマ線放射及び広い波長範囲に渡る残光放射が駆動される。また、本研究課題で着目する継続時間の長いGRB(long GRB)は大質量星の重力崩壊に伴って発生することが知られている。近年の超新星可視光観測から示唆されているように、GRB親星においても重力崩壊直前に放出された物質が濃い星周物質として親星周囲に存在している可能性を考え、GRBジェットが星周物質に衝突し伝搬が妨げられる過程の3次元特殊相対論的流体力学シミュレーションを行った。星周物質として、質量と外縁半径を自由パラメータとした定常恒星風のプロファイルを仮定し、パラメータの異なる10モデルを計算することで、ジェット伝搬における星周物質の物理的性質への依存性を調べた。その結果、星周物質の質量や外縁半径に対してGRBジェットがそのエネルギーを様々な度合いで散逸する衝突過程を再現し、結果としてどの程度の星周物質を加速し星間空間へ放出するのかを明らかにした。その結果、ジェットのエネルギー散逸によって放出される準相対論的エジェクタの質量やエネルギーは星周物質のパラメータに弱く依存するのみであり、その密度プロファイルは普遍的に-5を指数とする半径の冪関数に近いものとなる可能性を見出した。以上のシミュレーション結果と考察をまとめた論文を執筆中である。また、今回のシミュレーション研究と相補的な試みとして、共同研究者である京都大学の前田啓一教授とガンマ線バーストに付随する超新星の初期可視スペクトルの形成過程についても研究を進め、前田教授を筆頭著者とする査読論文が王立天文学会月報から出版予定である。