ニュートリノの「変⾝」が左右する星の最期と超新星爆発 ~スパコン「富岳」を⽤いたマルチアングル輸送計算により解明~

2026-05-25 早稲田大学

早稲田大学、国立天文台などの研究グループは、ニュートリノの「変身」である高速フレーバー変換(FFC)が超新星爆発に与える影響を、スーパーコンピュータ「富岳」を用いた世界初のマルチアングル輸送シミュレーションで解明した。超新星爆発ではニュートリノがエネルギー輸送を担うが、超高密度環境ではニュートリノ同士の相互作用による集団振動が発生すると予測されていた。本研究では、完全な運動量空間分布を扱うボルツマン輸送計算にFFCを組み込み、軽い星では爆発を促進し、重い星では逆に爆発を抑制することを示した。これは電子型ニュートリノと重レプトン型ニュートリノの変換によって加熱効率が変化するためである。従来近似では見逃されていた現象も確認され、精密計算の重要性が示された。成果は『Physical Review Letters』に掲載され、超新星爆発機構や将来のニュートリノ・重力波観測の理解に貢献すると期待される。

ニュートリノの「変⾝」が左右する星の最期と超新星爆発 ~スパコン「富岳」を⽤いたマルチアングル輸送計算により解明~
図1:比エントロピー(衝撃波を膨張させる勢いの指標)の分布を、フレーバー変換なし(左)とフレーバー変換あり(右)で比較したもの。赤い領域がフレーバー変換発生領域で、そこを通ったニュートリノの平均エネルギーが高まり、ニュートリノ加熱率が上昇したことで衝撃波が広がっている。

<関連情報>

多角度ニュートリノ放射流体力学によって明らかになった、ニュートリノ高速フレーバー変換が中心核崩壊型超新星に及ぼす二極化影響 Bifurcated Impact of Neutrino Fast Flavor Conversion on Core-Collapse Supernovae Informed by Multiangle Neutrino Radiation Hydrodynamics

Ryuichiro Akaho, Hiroki Nagakura, Wakana Iwakami, Shun Furusawa, Akira Harada,, Hirotada Okawa, Hideo Matsufuru, Kohsuke Sumiyoshi, and Shoichi Yamada
Physical Review Letters  Published: 11 May, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/fksy-1jtw

Abstract

In this Letter, we present a compelling and robust argument for the roles of neutrino fast flavor conversion (FFC) in the explosion mechanism of core-collapse supernova (CCSN), combining the multiangle FFC subgrid model rooted in quantum kinetic theory with the multidimensional four-species Boltzmann neutrino radiation hydrodynamics. Employing various progenitor masses and the nuclear equations of states, we find that the effect of FFC on CCSN explosion is bifurcated depending on the progenitors. For the lowest-mass progenitor, FFC facilitates the shock revival and enhances the explosion energy, whereas for higher-mass progenitors its impact is inhibitory. We identify the mass accretion rate as the key determinant governing this bifurcation. When the mass accretion rate is low (high), the contribution of FFC to neutrino heating becomes positive (negative) because the heating efficiency enhancement via FFC-driven spectral hardening of electron-type neutrinos dominates over (is outweighed by) the concurrent reduction in neutrino luminosity. Our results further highlight the limitations of approximate neutrino transport and demonstrate that a multiangle treatment is essential for accurately capturing FFC effects; otherwise, FFCs are missed and even generated spuriously.

1701物理及び化学
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