研究内容

関心

私の関心は、ミクロな物理がどのようにしてマクロな物理現象、とりわけ天体現象へとつながっていくのかを理解することです。 現在はその中でもニュートリノ振動という量子論的効果に注目し、それが超新星爆発や連星中性子星合体のような爆発天体現象の中でどのように現れ、そこで生じる物理を変えるのかの研究を行っています。 実際の研究では、大規模計算機を用いた数値シミュレーションに加えて、線形安定性解析に基づく理論的アプローチなども用いています。必要に応じて、自らプログラムを書きながら研究を進めています。


超新星ニュートリノ

太陽の8倍以上の質量をもつ恒星は、その進化の最後に中心部のコアが自重を支えきれずに重力崩壊を起こし、超新星爆発を引き起こします。 その際には恒星の全エネルギーの99%に相当するニュートリノが大量に生成され、中心から放出されていきます。 ニュートリノは弱い相互作用しか引き起こさない素粒子であるため、基本的には弱く結合するだけで、その多くがすり抜けていきます。 しかしその中心部の超高密度な環境では、このニュートリノですら簡単には抜け出せなくなります。 これにより、天体現象においてニュートリノが熱い中心部から冷たい外側へとエネルギーを輸送する役割を果たし、衝撃波を無事に恒星表面まで飛ばすニュートリノ加熱機構と呼ばれるプロセスが生じます。

一方でニュートリノは、ニュートリノ振動として、伝播するだけでそのフレーバーが勝手に混ざる現象が起きます。 つまり、放出されたニュートリノが外側へとエネルギーを輸送する間にもそのフレーバーが混ざることになります。 結果として、これが物質との結合を変えるので、天体現象といったマクロな物理にまで影響を与えるわけです。


ニュートリノ集団振動

超新星爆発や連星中性子星合体のような爆発天体現象において、ニュートリノ振動は大きく分けて３種類（真空振動・物質振動・集団振動）存在しています。 そのうち集団振動は、ニュートリノが大量に放出される天現象特有の振動効果で、ニュートリノ同士が相互作用することによって引き起こされるものになっています。

近年はこのニュートリノ振動が衝撃波より内側で発生する可能性が示唆されており、その場合にはニュートリノ加熱効率にも影響を与えることとなります。 また連星中性子星合体においては、合体後に放出される物質の電子存在比に影響を与えるため、r-過程と呼ばれる重元素合成に大きく影響を及ぼすと考えられています。 そのためニュートリノ集団振動は超新星爆発や連星中性子星合体における理論モデリングにおける大きな不定性となっており、いつ・どこで・どれくらいのニュートリノのフレーバーが存在しているかを正確に把握することは天体物理学的にも重要な課題となっています。 このようにニュートリノ集団振動が爆発天体現象に様々な影響を与える可能性が多くの論文によって議論されており、現在非常に活発な研究分野となっています。

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