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小形 美沙*; 大川 博督*; 藤澤 幸太郎*; 安武 伸俊; 山本 裕*; 山田 章一*
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 521(2), p.2561 - 2576, 2023/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Astronomy & Astrophysics)We present a new formulation for numerically obtaining axisymmetric equilibrium structures of rotating stars in two spatial dimensions. With a view to apply it to the secular evolution of rotating stars, we base it on the Lagrangian description, i.e. we solve the force-balance equations to find the spatial positions of fluid elements endowed individually with a mass, specific entropy and angular momentum. The system of non-linear equations obtained by finite-differencing the basic equations is solved with the W4 method, which is a new multidimensional root-finding scheme of our own devising. We augment it with a remapping scheme to avoid distortions of the Lagrangian coordinates. In this first one of a series of papers, we will give a detailed description of these methods initially. We then present the results of some test calculations, which include the construction of both rapidly rotating barotropic and baroclinic equilibrium states. We gauge their accuracies quantitatively with some diagnostic quantities as well as via comparisons with the counterparts obtained with an Eulerian code. For a demonstrative purpose, we apply the code to a toy-model cooling calculation of a rotating white dwarf.
大川 博督*; 藤澤 幸太郎*; 安武 伸俊; 小形 美沙*; 山本 裕*; 山田 章一*
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 520(1), p.24 - 43, 2023/03
被引用回数：1 パーセンタイル：50.15(Astronomy & Astrophysics)We present a new formulation to construct numerically equilibrium configurations of rotating stars in general relativity. Having in mind the application to their quasi-static evolutions on a secular time-scale, we adopt a Lagrangian formulation of our own devising, in which we solve force-balance equations to seek for the positions of fluid elements corresponding to the grid points, instead of the ordinary Eulerian formulation. Unlike previous works in the literature, we do not employ the first integral of the Euler equation, which is not obtained analytically in general. We assign a mass, specific angular momentum and entropy to each fluid element in contrast to the previous Eulerian methods, in which the spatial distribution of the angular velocity or angular momentum is specified. These distributions are determined after the positions of all fluid elements (or grid points) are derived in our formulation. We solve the large system of algebraic non-linear equations that are obtained by discretizing the time-independent Euler and Einstein equations in the finite-element method by using our new multidimensional root-finding scheme, named the W4 method. To demonstrate the capability of our new formulation, we construct some rotational configurations, both barotropic and baroclinic. As toy models, we also solve three evolutionary sequences that mimic the cooling, mass-loss, and mass-accretion.
住吉 光介*; 山田 章一*; 鈴木 英之*; 千葉 敏
Physical Review Letters, 97(9), p.091101_1 - 091101_4, 2006/09
被引用回数：101 パーセンタイル：93.04(Physics, Multidisciplinary)最終的にブラックホールが生成される大質量星の重力崩壊を、高密度核物質の状態方程式として2種類のセットを用いてニュートリノ輸送を取り入れた一般相対論的流体力学計算により研究した。内部殻のバウンスとショック波の停滞に続いて起こる質量降着による原始中性子星のブラックホールへの崩壊が状態方程式の違いによって異なる時間スケールで起こることが判明した。それに伴うニュートリノ放出は、エネルギーと光度を増加させながら0.5から1.5秒で終結する。超新星爆発の際に放出されるニュートリノのこのような性質は、ブラックホール生成のシグナルとして、また高密度物質の状態方程式を決定するために用いることができる可能性がある。
住吉 光介*; 山田 章一*; 鈴木 英之*; Shen, H.*; 千葉 敏; 土岐 博*
Astrophysical Journal, 629(2, Part1), p.922 - 932, 2005/08
被引用回数：228 パーセンタイル：97.41(Astronomy & Astrophysics)ニュートリノ輸送を考慮した球対称の一般相対論流体力学手法により、太陽質量の15倍の星が起こす超新星爆発における、重力崩壊からコアバウンスの1秒後までの長時間の時間発展を計算した。特に核・ハドロン物質の状態方程式(EOS)の効果を見るために2種類のEOSを用いた。ここで用いたどちらのEOSでも、ショック波は約100ミリ秒後に外向き伝搬をやめ、爆発に至らないことがわかった。しかし状態方程式の違いは、生成される原始中性子星の中心密度に2倍程度、ピーク温度で10MeV程度の差異を与えることがわかった。また、放出されるニュートリノのスペクトルにも有意な差があり、地上での実験でそれを検地できる可能性があることもわかった。
