重力崩壊直前の恒星内部自転進化モデル―磁場が握る星の自転の命運―

2026-04-28 京都大学

大質量星の最期に近い段階での自転進化を巡る長年の課題に対し、嶌田遼太氏らの国際研究グループは新たな物理モデルを提案した。従来理論では観測より自転が遅く再現されていたが、本研究は重力崩壊直前の恒星内部(酸素燃焼殻)を対象に3次元電磁流体計算を実施し、磁場による角運動量輸送が重要な役割を持つことを解明した。さらに、この輸送が太陽型星の理論と整合することを示しつつ、条件によっては自転が減速だけでなく加速する可能性も提示した。対流・回転・磁場の相互作用が普遍的に働く可能性を示し、ミリ秒マグネターのような高速回転天体の形成理解にも貢献する成果である。

重力崩壊直前の恒星内部自転進化モデル―磁場が握る星の自転の命運―
重力崩壊直前の大質量星内部のイラスト。激しい対流が生じている酸素燃焼殻(緑色)、ケイ素燃焼殻(黄色)が示されている。箱内に磁場構造が投影されており、矢印で自転速度が示されている。酸素燃焼殻での対流・自転・磁場の相互作用によって自転率が加速あるいは減速する。(Credit: Lucy O. McNeill))

<関連情報>

高速回転する核崩壊型前駆星の3次元MHDシミュレーションにおける対流層での角運動量輸送 Angular Momentum Transport in the Convection Zone of a 3D MHD Simulation of a Rapidly Rotating Core-collapse Progenitor

Ryota Shimada, Lucy O. McNeill, Vishnu Varma, Keiichi Maeda, Takaaki Yokoyama, and Bernhard Müller
The Astrophysical Journal  Published: 2026 April 27
DOI:10.3847/1538-4357/ae53da

Abstract

Rotation and magnetic fields in the cores of evolved massive stars in their final phase are thought to play an important role in the subsequent supernova explosion and the formation of a compact object, especially in hyperenergetic explosions. However, the interplay between rotation, magnetic fields, and convection up to the final collapse is a nonlinear, multidimensional effect that is difficult to capture with standard one-dimensional (1D) stellar evolution models. We quantify the magnetic angular momentum (AM) transport in the convective oxygen-burning shell in a three-dimensional (3D) rotating core-collapse progenitor model. We find that the radial direction of magnetic AM transport is directly related to the Rossby number of the convective oxygen shell. We also analyze the magnetic energy, which sets the amplitude of the magnetic AM flux. The magnetic energy is determined both by rotation and the nuclear energy generation rate, in a manner analogous to that for low-mass stars like the Sun. Based on these results, we construct a 1D model of magnetic AM transport in the convection zone for the first time in terms of properties of a given stellar evolution model. This model successfully reproduces the AM transport in the 3D model when the convective dynamo is in a quasi-steady state. Notably, our model for radial AM transport is the first to account for inward AM flux. This may result in interesting differences compared to the conventional treatment of magnetic AM transport in stellar evolution models, which assume AM is transported outward by a purely diffusive process.

1701物理及び化学
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