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1 京大基研 Neutrino Shadow and Explosion Mechanism of GRB 高橋労太 ( 東大総合文化 ) 長滝重博 ( 京大基研 )

2 研究研究研究研究の研究研究研究研究のモチベーションモチベーションモチベーションモチベーションモチベーションモチベーションモチベーションモチベーションガンマ線バーストのセントラル エンジンガンマ線バーストのセントラル エンジンを解明したいを解明したいひとつのひとつのひとつのひとつの有力有力有力有力な説にニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノの対消滅対消滅対消滅対消滅のエネルギーエネルギーエネルギーエネルギー一昔前一昔前一昔前一昔前に一度否定一度否定一度否定一度否定されたされたされたされた説だがだがだがだが off-axis 部分部分部分部分のエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーで 爆発爆発爆発爆発エネルギーエネルギーエネルギーエネルギーが説明説明説明説明できるできるできるできる可能性可能性可能性可能性が新たにたにたにたに指摘指摘指摘指摘されるされるされるされる Miller et al. (2003) ブラックホールブラックホールブラックホールブラックホール + 降着円盤降着円盤降着円盤降着円盤というというというというシステムシステムシステムシステムブラックホールブラックホールブラックホールブラックホール + 降着円盤降着円盤降着円盤降着円盤というというというというシステムシステムシステムシステム

3 先行研究 1 降着円盤に注目注目したした研究 黒 : ニュートン的円盤 青 : 一般相対論的円盤 Narayan, Paczynski & Piran (1992), Popham, Woosley & Fryer (1999), Narayan, Piran & Kumar (2001), Kohri & Mineshige (2002), Di Matteo, Perna & Narayan (2002), Beloborodov (2003), Yokosawa et al.(2004) 測地線をきちんとをきちんと解いていない 2 測地線に注目注目したした研究 Salmonson & Willson (1999), Asano & Fukuyama (2000, 2001), Miller et al. (2003) 降着円盤をきちんとをきちんと解いていない 今回 1と2の効果効果をフルフルに入れた 計算を世界世界で初めてやりましためてやりました ヌル測地線を考慮したニュートリノ伝播も解きました伝播も解きました

4 研究のアウトライン カー時空上での降着円盤の遷音速解の構築 (with 現実的 EOS+ニュートリノ反応 ) ニュートリノ対消滅率の計算 結論 厳密な測地線 + 赤方偏移 + ドップラー効果 + ニュートリノ輻射輸送 + フレームの変換 ニュートリノ対消滅率 は温度温度の 9 乗に比例 温度の 9 乗 一般相対論的取り扱いが本質的

5 Hyperaccreting Black Holes (I) 基礎方程式カー 質量保存 運動量保存 カー時空時空を仮定 エネルギー保存 Heating 項 :dissipation heating (α 粘性 ) Cooling 項 : ν 放射 放射 +ν 吸収 +α 粒子分解 (photodisintegration) 状態方程式 : ガス圧 + 輻射圧 + 電子縮退圧 Blinnikov et al. (1996) 任意の状態方程式での遷音速解の式をカー時空上で定式化して緩和法で解きました

6 Hyperaccreting Black Holes (II) log -vr [cm/s] 光速 ADAF Cooling Domi. log r [cm] 解は ADAF と冷却優勢円盤の間にある 質量降着率緑 : 0.01Ms/s 赤 : 0.1 Ms/s 青 ; 1.0 Ms/s スピン太線 : a/m=1 細線 : a/m=0 Photodisintegration 終わり log[ 密度 ] [g/cc] ADAF log r [cm] Cooling Domi. Xnuc log r [cm]

7 Hyperaccreting Black Holes (III) log[ 角速度 ] [1/s] 中心部分が重要 log[ 温度 ] [K] ホライズンで の角速度と一致一致する log r [cm] 最高温度 log r [cm] Photodisintegration のくぼみ [K] log[ 角運動量 ] [cm^2/s] ポテンシャル ] [erg] log[ 化学ポテンシャル log r [cm] log r [cm]

8 ニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノ対消滅対消滅対消滅ニュートリノ対消滅ニュートリノニュートリノニュートリノ対消滅対消滅対消滅対消滅 Goodman, Dar & Nussinov (1987) ニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノ対消滅対消滅対消滅対消滅によりによりによりにより生成生成生成生成されるされるされるされるエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノ対消滅対消滅対消滅対消滅 T~ T~ T~ T~0.5MeV 0.5MeV 0.5MeV 0.5MeV あたりからあたりからあたりからあたりから対消滅反応対消滅反応対消滅反応対消滅反応が効いてくるいてくるいてくるいてくる を各時間各空間各時間各空間各時間各空間各時間各空間で計算計算計算計算するするするする ニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノは流体静止系流体静止系流体静止系流体静止系からからからから等方的等方的等方的等方的に放射放射放射放射されるとするされるとするされるとするされるとする 対消滅対消滅対消滅対消滅によりによりによりにより生成生成生成生成されるされるされるされるエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーは衝突衝突衝突衝突するするするする角度角度角度角度に依存依存依存依存するするするする 測地線測地線測地線測地線を正確正確正確正確に計算計算計算計算することによりすることによりすることによりすることによりはじめてはじめてはじめてはじめて計算可能計算可能計算可能計算可能 温度温度温度温度の 9 乗に比例比例比例比例温度温度温度温度の 9 乗に比例比例比例比例

9 ニュートリノ全天全天マップ ランベルト正積方位図法 全天 南極 北極 ニュートリノ 円盤 中心 ( 北極 ) と正反対方向 ( 南極 )

10 ニュートリノ全天 ニュートリノ全天マップ 全天マップII a/m=1, i=π π/4 R=15M R=25M R=1.1M R=5M R=3M R=2M

11 ニュートリノ対消滅対消滅によるによる加熱率分布 最大回転 回転なし [erg/cc/s] r<30km 以内 (3M 以内 ) のOff-axis 部分に最も加熱されるされる領域 の回転回転によりにより 加熱率加熱率は上昇 ( ホライズン小 )

12 対消滅エネルギーエネルギー分布分布の温度依存性 Tpeak= 2.0e+11 [K] ファクター 2 の違いオーダー 3 Tpeak= 1.0e+11 [K] 最大回転 の違い 最大なし [erg/cc/s]

13 全対消滅エネルギー [erg/s] Tpeak=2.0e+11 [K] Tpeak=1.0e+11 [K]

14 3D 輻射輸送計算による Neutrino Shadow i=45[deg] i=85[deg] a/m=0 a/m=1 a/m=0 a/m=1 3D 輻射輸送 赤道面円盤

15 まとめまとめまとめまとめまとめまとめまとめまとめ一般相対論的降着円盤一般相対論的降着円盤一般相対論的降着円盤一般相対論的降着円盤 & 測地線計算測地線計算測地線計算測地線計算によりによりによりにより一般相対論的降着円盤一般相対論的降着円盤一般相対論的降着円盤一般相対論的降着円盤 & 測地線計算測地線計算測地線計算測地線計算によりによりによりによりニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノ対消滅対消滅対消滅対消滅エネルギーエネルギーエネルギーエネルギーを計算計算計算計算ニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノ対消滅対消滅対消滅対消滅エネルギーエネルギーエネルギーエネルギーを計算計算計算計算結論結論結論結論結論結論結論結論 1 外側外側外側外側のあるのあるのあるのある点に来るニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノのほとんどはのほとんどはのほとんどはのほとんどは不安定最内不安定最内不安定最内不安定最内 外側外側外側外側のあるのあるのあるのある点に来るニュートリノニュートリノニュートリノニュートリノのほとんどはのほとんどはのほとんどはのほとんどは不安定最内不安定最内不安定最内不安定最内縁軌道縁軌道縁軌道縁軌道の外側外側外側外側の青方偏移青方偏移青方偏移青方偏移したしたしたした部分部分部分部分からからからから来る 縁軌道縁軌道縁軌道縁軌道の外側外側外側外側の青方偏移青方偏移青方偏移青方偏移したしたしたした部分部分部分部分からからからから来る 2 対消滅対消滅対消滅対消滅のエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーは赤道面上赤道面上赤道面上赤道面上で中心中心中心中心からからからから対消滅対消滅対消滅対消滅のエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーは赤道面上赤道面上赤道面上赤道面上で中心中心中心中心からからからから 10M 10M 以内以内以内以内で最も以内以内以内以内で最も卓越卓越卓越卓越するのでするのでするのでするので 超近傍超近傍超近傍超近傍で降着流降着流降着流降着流を正確正確正確正確に解くことがくことがくことがくことが重要重要重要重要 卓越卓越卓越卓越するのでするのでするのでするので 超近傍超近傍超近傍超近傍で降着流降着流降着流降着流を正確正確正確正確に解くことがくことがくことがくことが重要重要重要重要 3 温度温度温度温度がほんのがほんのがほんのがほんの数ファクターファクターファクターファクター変わるだけでわるだけでわるだけでわるだけで対消滅対消滅対消滅対消滅エネルギーエネルギーエネルギーエネルギーは温度温度温度温度がほんのがほんのがほんのがほんの数ファクターファクターファクターファクター変わるだけでわるだけでわるだけでわるだけで対消滅対消滅対消滅対消滅エネルギーエネルギーエネルギーエネルギーは 2~3 桁以上変化桁以上変化桁以上変化桁以上変化するするする 2~3 桁以上変化する 桁以上変化桁以上変化桁以上変化するするするする 4 の回転回転回転回転によりによりによりにより ホライズンホライズンホライズンホライズンが小さくなることによりさくなることによりさくなることによりさくなることにより 対消滅対消滅対消滅対消滅 の回転回転回転回転によりによりによりにより ホライズンホライズンホライズンホライズンが小さくなることによりさくなることによりさくなることによりさくなることにより 対消滅対消滅対消滅対消滅エネルギーエネルギーエネルギーエネルギーは局所的局所的局所的局所的に 1 桁以上増加桁以上増加桁以上増加桁以上増加するがするがするがするが 全体全体全体全体のエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーは局所的局所的局所的局所的に 1 桁以上増加桁以上増加桁以上増加桁以上増加するがするがするがするが 全体全体全体全体のエネルギーエネルギーエネルギーエネルギーはせいぜいはせいぜいはせいぜいはせいぜい 1 桁以内桁以内桁以内桁以内の増加増加増加増加で収まるまるまるまる はせいぜいはせいぜいはせいぜいはせいぜい 1 桁以内桁以内桁以内桁以内の増加増加増加増加で収まるまるまるまる 5 3 次元的輻射輸送方程式次元的輻射輸送方程式次元的輻射輸送方程式次元的輻射輸送方程式を解いてよりいてよりいてよりいてより現実的現実的現実的現実的な状況状況状況状況で解くことくことくことくこと次元的輻射輸送方程式次元的輻射輸送方程式次元的輻射輸送方程式次元的輻射輸送方程式を解いてよりいてよりいてよりいてより現実的現実的現実的現実的な状況状況状況状況で解くことくことくことくことが必要必要必要必要 が必要必要必要必要

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