研究内容

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重力崩壊に至り、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中心から放出されます。 このニュートリノはただ中心から逃げるだけではなくニュートリノ加熱機構として衝撃波が星表面まで辿り着くのを助け、またニュートリノを介した元素合成を引き起こすなど様々な現象に関わっています。 星の内部で起きている現象は光を用いて見ることができないため、ニュートリノは重力波と並んで重要な観測道具になると考えられています。 例えばニュートリノは超新星中心部の温度や密度に依存した形で放出されるため、観測されたニュートリノのエネルギー分布を見ることによってその内部情報を知ることができるのです。

一方ニュートリノはニュートリノ振動として、移動するだけで勝手にそのフレーバーが混ざる現象が起きます。 この現象により地球に到達したニュートリノはフレーバー状態が生成時と比べて変化しているため、本来知りたかった超新星内側の情報が失われる問題が発生します。 そのため観測で得られたデータから正確に情報を引き抜くためにはこのニュートリノ振動機構を把握することが重要となります。

ニュートリノ集団振動

超新星爆発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超新星爆発や中性子星合体などのニュートリノが大量に放出されるイベント特有の振動効果であり、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ます。 この振動効果は非常に複雑なものであり、その振る舞いを正確に知るためにはスーパーコンピューターなどを用いて大規模な数値計算を行う必要があります。 集団振動が起こる範囲が超新星内部10kmから1000km程度であるのに対し、フレーバーが入れ替わる振動波長がcmやmのレベルであるため計算コストも高くなります。 近年この集団振動が様々な効果をもたらすことが多くの論文によって報告されており、現在非常に活発な研究分野となっています。