超新星は宇宙の巨大粒子加速器か -可視光とニュートリノで探るペバトロン候補-

2026-07-21 理化学研究所

理化学研究所を中心とする共同研究グループは、2023年に発見されたIbn型超新星「SN 2023uqf」が、高エネルギーニュートリノ事象「IC-231004A」の発生源となり得るかを理論的に検証した。可視光観測を再現する放射流体シミュレーションにより、超新星の衝撃波が周囲の高密度ヘリウムガスと衝突する環境をモデル化し、その結果を基に粒子加速とニュートリノ生成を解析した。その結果、爆発後の短期間にPeV級粒子を加速できる「ペバトロン」として機能し、高エネルギーニュートリノを生成する条件を満たす可能性が示された。統計的にSN 2023uqfがIC-231004Aの発生源と断定することはできないものの、予測されたニュートリノの発生時期とエネルギーは観測結果と整合した。本研究は、可視光観測とニュートリノ観測を理論モデルで結び付ける新たなマルチメッセンジャー天文学の手法を示し、宇宙線の起源解明に向けた重要な一歩となる成果である。

超新星は宇宙の巨大粒子加速器か -可視光とニュートリノで探るペバトロン候補-
超新星 SN 2023uqf方向から南極のIceCubeへ高エネルギーニュートリノが到来

<関連情報>

相互作用駆動型Ibn超新星は一時的なPeVatron候補となるか:SN 2023uqfの事例 Interaction-powered Type Ibn Supernovae as a Transient PeVatron Candidate: The Case of SN 2023uqf

Ryo Sawada, Yusuke Inoue, and Yosuke Ashida
The Astrophysical Journal Letters  Published: 2026 July 8
DOI:10.3847/2041-8213/ae80bd

Abstract

We investigate whether the Type Ibn supernova SN 2023uqf, reported close in time and direction to the ∼442 TeV IceCube alert IC-231004A, is physically consistent with a shock–circumstellar medium (CSM) interaction scenario. One-dimensional radiation-hydrodynamic calculations with STELLA reproduce the Zwicky Transient Facility (ZTF) optical light curves with a dense, helium-rich CSM following ρCSMr−3 and CSM density parameter D’≈ 50. Using the shock evolution and CSM conditions obtained from the optical-fit radiation-hydrodynamic model, we model time-dependent cosmic-ray acceleration and hadronic neutrino production during the interaction phase. In our fiducial model, the inferred shock and CSM properties open a short-lived window in which multi-PeV hadron acceleration and efficient hadronic interactions can coexist. Additional loss-limited effects could reduce the high-energy cutoff, but the model provides a useful optical-to-neutrino consistency test for a transient PeVatron-like phase. After folding the predicted neutrino emission through the IceCube effective area, we obtain an expected number of ∼10−5–10−4 track-like events at d = 723 Mpc, depending on the alert selection. In the low-count regime, the model predicts a detection-time weighting for a rare event, and the detection time of IC-231004A falls within the high-weight interval, while its energy scale is compatible with the modeled spectrum. Although a single event cannot establish a definitive association, our results show that the optically inferred environment of SN 2023uqf can satisfy the basic timing and energy requirements for a transient PeVatron-like phase in the fiducial model and illustrate how interaction-powered Type Ibn supernovae can be tested as high-energy neutrino sources.

1701物理及び化学
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