中性子星連星の合体と高エネルギー天体現象

２つの中性子星からなる連星中性子星、およびブラックホールと中性子星からなるブラックホール・中性子星連星は総称して、中性子星連星と呼ばれています。中性子星連星の合体は、KAGRAやAdvanced LIGOなどの地上重力波検出器の最も有望な重力波源です。微弱な重力波信号を観測データから抽出するためには、予め理論的に計算された重力波波形群（テンプレート）を用いた解析が必要であるため、中性子星連星の合体により放射される重力波波形を理論的に計算することは、重力波天文学において極めて重要な課題です。また、中性子星連星の合体においては、重力波に付随して高強度の観測可能な電磁波が放射されると予想され、波源位置の特定、重力波検出効率および信頼性の向上、母銀河の決定、といった観点からその重要性は高いと考えられています。われわれは、数値相対論の手法（アインシュタイン方程式と物質場の方程式を数値的に解く）を用いて、中性子星連星の合体過程の解明、重力波波形の導出、付随する電磁波放射の解明、といった問題に取り組んでいます。また中性子星連星の合体は、継続時間の短いガンマ線バーストの発生源やr過程重元素合成のサイトとしても有力視されています。これらの仮説検証に向けた理論研究も同時行っています。

さらに、将来的には、重力波を用いて中性子星内部構造を探査し、超高密度状態における物理に関する情報を抜き出すことが可能になると期待されています。われわれはそのような重力波天文学の時代をにらみ、重力波を用いて中性子星の内部状態を探るより定量的な方法の確立に関する研究も進めています(中性子星の状態方程式の欄もご参照ください)。

成果報告

２０１４年前期

  • 京コンピューターを使用して、世界最高解像度の磁場中性子星連星合体の数値相対論シミュレーションを実行した。
    • プレスリリース
    • 取材協力：NHK BSコズミックフロント「アインシュタイン　最後の宿題　重力波を探せ」

最近の研究論文

K. Kyutoku, N. Seto, MNRAS 441 (2014) 1934-1942

``Pre-merger localization of eccentric compact binary coalescences with second-generation gravitational-wave detector networks''

H. Takami, K. Kyutoku, K. Ioka, Phys.Rev.D 89 (2014) 063006

``High-energy radiation from remnants of neutron star binary mergers''

S. Wanajo, Y. Sekiguchi, N. Nishimura, K. Kiuchi, K. Kyutoku, and M. Shibata, Astrophys. J. Lett. 789, L39 (2014)

``Production of all the r-process nuclides in the dynamical ejecta of neutron star mergers''

K. Kyutoku, M. Shibata, and K. Taniguchi, Phys.Rev.D 90, 064006, (2014)

``Reducing orbital eccentricity in initial data of binary neutron stars''

K. Kiuchi, K. Kyutoku, Y. Sekiguchi, M. Shibata, and T. Wade, Phys.Rev.D90, 041502(R) (2014)

``High-resolution numerical-relativity simulations for the merger of binary magnetized neutron stars''

H. Nagakura, K. Hotokezaka, Y. Sekiguchi, M. Shibata, and K. Ioka, Astrophys. J. Lett. 784, L28 (2014)

``Jet Collimation in the Ejecta of Double Neutron Star Merger: New Canonical Picture of Short Gamma-ray Bursts''

M. Tanaka, K. Hotokezaka, K. Kyutoku, S. Wanajo, K. Kiuchi, Y. Sekiguchi, and M. Shibata, Astrophys. J. 780, 31 (2014)

``Radioactively Powered Emission from Black Hole-Neutron Star Mergers 130603B''

K. Kyutoku, K. Ioka, and M. Shibata, Mon. Not. R. Astron. Soc. 437, L6 (2014)

``Ultrarelativistic electromagnetic counterpart to binary neutron star mergers''

K. Hotokezaka, K. Kyutoku, M. Tanaka, K. Kiuchi, Y. Sekiguchi, M. Shibata, and S. Wanajo, Astrophys. J. Lett. 778, L16 (2013)

``Progenitor Models of the Electromagnetic Transient Associated with the Short GRB 130603B''

K. Hotokezaka, K. Kiuchi, K. Kyutoku, T. Muranushi, Y. Sekiguchi, M. Shibata, and K. Taniguchi, Phys. Rev. D 88, 044026 (2013)

``Remnant massive neutron stars of binary neutron star mergers: Evolution process and gravitational waveform''

K. Kyutoku, K. Ioka, and M. Shibata, Phys. Rev. D 88, 041503(R) (2013)

``Anisotropic mass ejection from black hole-neutron star binaries: Diversity of electromagnetic counterparts''

K. Hotokezaka, K. Kiuchi, K. Kyutoku, H. Okawa, Y. Sekiguchi, M. Shibata, and K. Taniguchi, Phys. Rev. D 87, 024001 (2013)

``The mass ejection from the merger of binary neutron stars''

Y.I. Sekiguchi, K. Kiuchi, K. Kyutoku, and M. Shibata, Phys. Rev. Lett. 107, 211101 (2011)

``Effects of hyperons in binary neutron star mergers''

Y.I. Sekiguchi, K. Kiuchi, K. Kyutoku, and M. Shibata, Phys. Rev. Lett. 107, 051102 (2011)

``Gravitational waves and neutrino emission from the merger of binary neutron stars''

M. Shibata and K. Taniguchi, Living Review in Relativity 14, 6 (2011)

``Coalescence of black hole-neutron star binaries''

M. Shibata, Y. Suwa, K. Kiuchi, and K. Ioka, Astrophys. J. Lett. 734, L36 (2011)

``Afterglow of binary neutron star merger''