PUBLICATION - past
＜Journals＞
[26]
Yoshida, T., Takiwaki, T., Aguilera-Dena, D. R., Kotake, K., Takahashi, K., Nakamura, K., Umeda, H., and Langer, N.
"A three-dimensional hydrodynamics simulation of oxygen-shell burning in the final evolution of a fast-rotating massive star"
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Volume 506, Issue 1, pp.L20-L25 (2021)
[25]
Yoshida, T., Takiwaki, T., Kotake, K., Takahashi, K., Nakamura, K., and Umeda, H.
"Three-dimensional Hydrodynamics Simulations of Precollapse Shell Burning in the Si- and O-rich Layers"
The Astrophysical Journal, Volume 908, Issue 1, article id. 44, 18 pp. (2021)
[24]
Ko, H., Cheoun, M-K., Ha, E., Kusakabe, M., Hayakawa, T., Sasaki, H., Kajino, T., Hashimoto, M., Ono, M., Usang, M. D., Chiba, S., Nakamura, K., Tolstov, A., Nomoto, K., Kawano, T., and Mathews, G. J.
"Neutrino Process in Core-collapse Supernovae with Neutrino Self-interaction and MSW Effects"
The Astrophysical Journal, Volume 891, Issue 1, article id. L24, 6 pp. (2020)
[23]
Nakamura, K., Takiwaki, T., and Kotake, K.
"Long-term Simulations of Multi-Dimensional Core-collapse Supernovae: Implications for Neutron Star Kicks"
Publications of the Astronomical Society of Japan, Volume 71, Issue 5, id.98, 14 pp. (2019)
[22]
Yoshida, T., Takiwaki, T., Kotake, K., Takahashi, K., Nakamura, K., and Umeda, H.
"One-, Two-, and Three-dimensional Simulations of Oxygen Shell Burning Just Before the Core-Collapse of Massive Stars"
The Astrophysical Journal, Volume 881, Issue 1, article id. 16, 20 pp. (2019)
[21]
Hayakawa, T., Ko, H., Cheoun, M-K., Kusakabe, M., Kajino, T., Usang, M. D., Chiba, S., Nakamura, K., Tolstov, A., Nomoto, K., Hashimoto, M., Ono, M., Kawano, T., and Mathews, G. J.
"Short-Lived Radioisotope 98Tc Synthesized by the Supernova Neutrino Process"
Physical Review Letters, Volume 121, Issue 10, id.102701 (2018)
[20]
Katsuda, S., Takiwaki, T., Tominaga, N., Moriya, T. J., and Nakamura, K.
"Progenitor Mass Distribution of Core-collapse Supernova Remnants in Our Galaxy and Magellanic Clouds Based on Elemental Abundances"
The Astrophysical Journal, Volume 863, Issue 2, article id. 127, 9 pp. (2018)
[19]
Horiuchi, S., Sumiyoshi, K., Nakamura, K., Fischer, T., Summa, A., Takiwaki, T., Janka, H.-T., and Kotake, K.
"Diffuse Supernova Neutrino Background from Extensive Core-collapse Simulations of 8-100 Solar Mass Progenitors"
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 475, Issue 1, p.1363-1374 (2018)
[18]
Katsuda, S. Morii, M., Janka, H-T., Wongwathanarat, A., Nakamura, K., Kotake, K., Mori, K., Mueller, E., Takiwaki, T., Tanaka, M., Tominaga, N., and Tsunemi, H.
"Intermediate-mass Elements in Young Supernova Remnants Reveal Neutron Star Kicks by Asymmetric Explosions"
The Astrophysical Journal, Volume 856, Issue 1, article id. 18, 18 pp. (2018)
[17]
Kotake, K., Takiwaki, T., Fischer, T., Nakamura, K., and Martinez-Pinedo, G.
"Impact of Neutrino Opacities on Core-collapse Supernova Simulations"
The Astrophysical Journal, Volume 853, Issue 2, article id. 170 (2018)
[16]
Eichler, M., Nakamura, K., Takiwaki, T., Kuroda, T., Kotake, K., Hempel, M., Cabezon, R., Liebendoerfer, M., and Thielemann F-K.
"Nucleosynthesis in 2D Core-Collapse Supernovae of 11.2 and 17.0 Solar Mass Progenitors: Implications for Mo and Ru Production"
Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, Volume 45, Issue1, article id. 014001 (2018)
[15]
Horiuchi, S., Nakamura, K., Takiwaki, T., and Kotake, K.
"Estimating the Core Compactness of Massive Stars with Galactic Supernova Neutrinos"
Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, Volume 44, Number 11, article id. 114001 (2017)
[14]
Nakamura, K., Horiuchi, S., Tanaka, M., Hayama, K., Takiwaki, T., and Kotake, K.
"Multi-messenger signals of long-term core-collapse supernova simulations : synergetic observation strategies"
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 461, Issue 3, p.3296-3313 (2016)
*Abstract in
Jpn.
*This scientific article includes two online materials
(Lists of neaby RSG candidates and local galaxies)
「重力崩壊型超新星爆発からのマルチメッセンジャー信号」
1916年に一般相対性理論に基づいてアインシュタインが予言した重力波という現象は、2016年にアメリカのLIGO検出器による直接観測によって実証された。この時の重力波はブラックホール連星の合体からの重力波であったが、2017年にはLIGOおよびイタリアのVirgo検出器によって、中性子星連星が合体する際の重力波も観測された。まさに重力波天文学が幕を開けたと言えるだろう。そこで次のターゲットとして有力なのが、大質量星が進化の最終段階で起こす重力崩壊型超新星と呼ばれる大爆発現象である。超新星は重力波だけでなく、大量のニュートリノと電磁波を放出する。これらのマルチメッセンジャー信号を組み合わせれば、外層に覆われて光では見えない超新星の内部で起こっている物理現象を解明する鍵となることが期待される。本論文では、天の川銀河内で超新星が発生した場合を想定して、現行および次世代の検出器で得られる情報を見積もった。超新星からの重力波はブラックホール連星合体に比べて弱く、検出が難しいと考えられてきたが、ニュートリノ検出から得られる時間情報を組み合わせれば検出可能であることを示した。さらに、ニュートリノと電子の散乱から得られる位置情報から、超新星が爆発する前に光学望遠鏡の照準を合わせることが可能になる。これまで観測できなかった超新星が爆発する瞬間を観るために必要な戦略を提言した。
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[13]
Hayama, K., Kuroda, T., Nakamura, K., and Yamada, S.
"Circular polarizations of gravitational waves from core-collapse supernovae: A clear indication of rapid rotation"
Physical Review Letters, Volume 116, Issue 15, article id. 151102, 5 pp. (2016)
[12]
Nakamura, K., Takiwaki, T., Kuroda, T., and Kotake, K.
"Systematic Features of Axisymmetric Neutrino-driven Core-collapse Supernova Models in Multiple Progenitors"
Publication of the Astronomical Society of Japan, Volume 67, Issue 6, article id. 107, 16 pp. (2015)
*Abstract in
Jpn.
「重力崩壊型超新星爆発の系統的研究」
計算機性能の劇的な進歩と計算機科学の発展により、ニュートリノ輸送を解いた超新星の多次元数値計算結果が報告されるようになってきた。それによると、超新星爆発ではニュートリノ加熱と流体不安定性の組み合わせが重要な役割を果たすことが明らかになった。そこで本論文では、ニュ ートリノ輸送と対流などの流体不安定性を考慮した現実的な空間２次元の超新星計算を、幅広い初期質量と金属量を網羅する親星（初期条件）に対して実行した。同種の系統的超新星計算を空間２次元で実行したのは世界で初めてであり、さらに使用した親星の数（378個）も前例のない大規模なものである。その結果、超新星を特徴付ける爆発エネルギーやニュートリノ光度は、親星の構造を記述するコンパクトネスと呼ばれるパラメータでよく表されることを明らかにした。コンパクトネスは親星の密度構造を表すパラメータであり、中心への質量降着率と強い相関を持つ。コンパクトネスの大きい親星は質量降着によって大きな重力エネルギーを解放し、そのエネルギーはニュートリノが運び去る。中心から外側へ伝播するニュートリノの一部が流体を加熱して爆発を駆動する効果が、コンパクトネスの大きい星ほど効率的に働くことがわかった。この結果を応用すれば、超新星の観測量から中心の構造を推定することが可能になるなど、今後様々な応用が期待される成果である。
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[11]
Horiuchi, S., Nakamura, K., Takiwaki, T., Kotake, K., and
Tanaka, M.
"The Red Supergiant and Supernova Rate Problems:
Implications for Core-collapse Supernova Physics"
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, Volume 445, Issue 1, pp. L99-L103 (2014)
*Abstract in
Jpn.
「赤色超巨星問題および超新星率問題」
質量が太陽の10倍から30倍の星は、厚い水素層をともなって爆発しIIP型超新星になると考えられている。近年、超新星の爆発前の姿がすでに撮像されている例が増えてきた。そこで浮上したのが、太陽の16倍以上重い星がIIP型にならないという"赤色超巨星問題"である。一方、星形成率から推測される超新星の数に比べて、実際に観測される超新星の数が少ない（"超新星率問題"）ことも指摘されている。我々はこの２つの問題を同時に解決することに成功した。鍵となる物理量は、超新星になる星の中心構造を特徴付ける compactness parameter である。星の進化計算から、この値は太陽の25倍前後重い星だけ特異に高いことが示唆されている。もしこのような星が通常のIIP型ではなく、例えば中心でブラックホールを形成して暗い超新星になるとすれば、２つの問題を同時に解決できる。我々は300モデル以上に及ぶ数値計算によってこのアイディアを説明することができた。この説が正しければ、超新星のかなりの割合は通常より暗い（ゆえに観測されない）ものであると考えられる。
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*なお全くの余談であるが、論文の submitted/accepted 日付に注目.
[10]
Nakamura, K., Kuroda, T. Takiwaki, T., and Kotake, K.
"Impacts of Rotation on Three-dimensional Hydrodynamics of Core-collapse Supernovae"
The Astrophysical Journal, Volume 793, Issue 1, article id. 45, 14 pp. (2014)
*Abstract in
Jpn.
「回転する重力崩壊型超新星の３次元数値流体計算」
重力崩壊型超新星の爆発エネルギーを補う機構として、先の論文[8]では原子核反応による加熱を球対称（１次元）および軸対称（２次元）で考えた。本論文では、回転による効果を３次元数値流体計算で調べた。星が誕生した時には完全な静止球対称はあり得ず、ある程度の角運動量を保有している。進化の最終段階で中心コアがどの程度回転しているかは不明であるが、回転を考慮した進化計算の結果に基づいてΩ[rad/s]=0（無回転）、0.1π、0.5π の３通りの回転を与え、様々なニュートリノ光度に対する衝撃波の発達の様子を調べた。その結果、回転による遠心力の効果で赤道方向に衝撃波が広がり、そこでのニュートリノ加熱の効率が上がってさらに衝撃波が膨張、爆発に転じるという過程を発見した。この効果は速い回転を与えると現れず、衝撃波は発生直後に停滞することなく膨張して200ミリ秒以内に中心から1000kmの距離に到達した。実際には回転が速いとニュートリノ光度は下がると考えられるので、ニュートリノ輸送を考慮した回転モデルの構築が次の課題である。
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[9]
Nakamura, K., Takiwaki, T., Kotake, K., and Nishimura, N.
"Revisiting Impacts of Nuclear Burning for Reviving Weak Shocks in Neutrino-Driven Supernovae"
The Astrophysical Journal, Volume 782, Issue 2, article id. 91, 14 pp. (2014)
*Abstract in
Jpn.
「ニュートリノ駆動型超新星の衝撃波復活に対する原子核反応の役割 再考」
望遠鏡の性能が向上したことにより、超新星は今では毎日見つかっている。しかし光学的観測で見えるのは表面にとどまり、超新星の内部で何が起きているのか、その爆発機構は未だ未解明である。有力な説にニュートリノ加熱がある。超新星が爆発する際、その中心から多量のニュートリノが放出される。1987年に大マゼラン雲で起こった超新星爆発からのニュートリノをカミオカンデで検出し、小柴昌俊氏がノーベル物理学賞を受賞したことは記憶に新しい。このニュートリノの一部が星内部で物質と相互作用し、加熱に働くというモデルである。しかし本来ニュートリノは物質とほとんど反応しないので、このモデルでは爆発のエネルギーを説明できないという問題がある。そこで我々は、超新星の内部で起こる原子核反応に着目した。ニュートリノ加熱によって衝撃波が発生すると、物質は圧縮される。この高温・高密度の環境で起こる核融合反応によって解放されるエネルギーを、数値計算によって算出した。その結果、観測される超新星エネルギーの20-60%がこの核反応で説明できることがわかった。
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[8]
Hayakawa, T. Nakamura, K., Kajino, T., Chiba, S., Iwanoto, N. Cheoun, M.K., and Mathews, G.J.
"Supernova Neutrino Nucleosynthesis of the Radioactive 92Nb Observed in Primitive Meteorites"
The Astrophysical Journal Letters, Volume 779, Issue 1, article id. L9, 5 pp. (2013)
[7]
Nakamura, K., Kajino, T., Mathews, G.J., Sato, S., and Harikae, S.
"a Review of r-process Nucleosynthesis in the Collapsar Jet"
International Journal of Modern Physics E, Volume 22, Issue 10, id. 1330022 (2013)
[6]
Shigeyama, T., Suzuki, A., and Nakamura, K.
“Early Evolution of Spherical Ejecta Expanding into the Circumstellar Matter at Ultra-relativistic Speeds”
Publications of the Astronomical Society of Japan, Vol.64, Article No.87 (2012)
[5]
Cheoun, M-K., Ha, E., Hayakawa, T., Chiba, S., Nakamura, K., Kajino, T., and Mathews, G. J.
“Neutrino Induced Reactions for ν-process Nucleosynthesis of 92Nb and 98Tc”
Physical Review C, vol. 85, Issue 6, id. 065807 (2012)
[4]
Nakamura, K., Yoshida, T., Shigeyama, T., and Kajino, T.
“Boron Synthesis in Type Ic Supernovae”
The Astrophysical Journal Letters, Volume 718, Issue 2, pp. L137-L140 (2010)
[3]
Nakamura, K., and Shigeyama, T.
"Self-similar Solutions for the Interaction of Relativistic Ejecta with an Ambient Medium"
The Astrophysical Journal, Volume 645, Issue 1, pp. 431-435 (2006)
*Abstract in
Jpn. /
Eng.
「相対論的な超新星排出物と周囲の物質との相互作用を記述する自己相似解」
超新星爆発によって加速された物質と周囲の物質との相互作用は、特別に明るい超新星の発光メカニズムとして最近注目されている。本論文では、その相互作用領域の物理量(密度・圧力)を記述する自己相似解を解析的に求めた。ここでいう自己相似解とは、爆発のエネルギーが変わっても密度・圧力変化が同様にスケールし、一つの解で表すことができるという意味である。解析にはアインシュタインの特殊相対性理論を考慮した。得られた解を用いると、衝撃波の速さと爆発エネルギー、排出物の質量、周囲の物質の密度の関係がわかる。これは実際に観測された超新星から情報を引き出すうえで有用である。
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We find self-similar solutions to describe the interaction of spherically symmetric ejecta expanding at relativistic speeds with an ambient medium having a power-law density distribution. Using these solutions, the time evolution of the Lorentz factor of the outer shock is derived as a function of the explosion energy, the mass of the ejecta, and parameters for the ambient medium. These solutions are an ultrarelativistic version of the solutions for the circum- stellar interaction of supernova ejecta obtained by Chevalier and extensions of the relativistic blast wave solutions of Blandford & McKee.
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[2]
Nakamura, K., Inoue, S., Wanajo, S., and Shigeyama, T.
"Light-Element Production in the Circumstellar Matter of Energetic Type Ic Supernovae"
The Astrophysical Journal Letters, Volume 643, Issue 2, pp. L115-L118 (2006)
[1]
Nakamura, K., and Shigeyama, T.
"Roles of Supernova Ejecta in Nucleosynthesis of the Light Elements Li, Be, and B"
The Astrophysical Journal, Volume 610, Issue 2, pp. 888-896 (2004)
*Abstract in
Jpn. /
Eng.
「リチウム, ベリリウム, ホウ素等の軽元素合成における超新星排出物の役割」
我々の周囲に存在する多様な元素の中で、リチウム等の軽元素の起源は未だ未解明である。有力な説としては、(1)ビッグバンの際に生成、(2)超新星爆発の際に放出されるニュートリノによって生成、(3)宇宙線による破砕反応が提案されているが、それぞれに問題点があり議論の的となっている。我々はこの論文で、超新星爆発によって加速された物質が星間空間を飛んで行く過程で軽元素が生成されるという説を提案した。超新星とは太陽の約10倍以上重い星が進化の最後に起こす爆発現象であり、その際に外層の一部が光速近くまで加速されることが知られている。この高エネルギー物質が星間空間中の物質と相互作用することによって生成される軽元素量を、数値計算の手法を用いて算出した。その結果、天の川銀河の進化の初期段階における軽元素量を説明できることを示した。一方で、現在の軽元素量を説明するには量が足りず、他の生成源が必要となることもわかった。
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Explosions of Type Ic supernovae (SNe Ic) are investigated using a relativistic hydrodynamic code to study the role of their outermost layers of the ejecta in light-element nucleosynthesis through spallation reactions as a possible mechanism of the "primary" process.
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＜Proceedings＞
[14]
Horiuchi, S., Nakamura, K., Takiwaki, T., and Kotake, K.
"Diagnosing the Structure of Massive Stars with Galactic Supernova Neutrinos"
Proceedings of NuPhys2017, eConf C171220, p. 169-173 (2018)
[13]
Nakamura, K., Horiuchi, S., Tanaka, M., Hayama, K., Takiwaki, T., and Kotake, K.
"Multi-messenger signals from core-collapse supernovae"
Proceedings of the IAU Symposium, The Lives and Death-Throes of Massive Stars, Volume 329, pp. 428 (2017)
[12]
Nakamura, K., Takiwaki, T., Kuroda, T., and Kotake, K.
"Systematic Features and Progenitor Dependence of Core-Collapse Supernovae"
Proceedings of the 14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos (NIC2016), id.010610 (2017)
[11]
Ikeda, Eishin, Kotake, K. and Nakamura, K.
"Gravitational Wave Emission from Long-Term Self-Consistent Two-dimensional Core-Collapse Supernova Models"
Proceedings of the 14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos (NIC2016), id.020109 (2017)
[10]
Eichler, M., Nakamura, K., Takiwaki, T., Kuroda, T., Kotake, K., Hempel, M., Cabezon, R., Liebendoerfer, M., and Thielemann, F-K.
"Nucleosynthesis in 2D Core-Collapse Supernova Long-Term Simulations of 11.2 and 17.0 Solar Mass Progenitors"
Proceedings of the 14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos (NIC2016), id.020604 (2017)
[9]
Nakamura, K., Kuroda, T., Takiwaki, T. and Kotake, K.
"Three-dimensional Simulation of a Rotating Core-collapse Supernova"
Proceedings of APRIM2014, Publication of the Korean Astronomical Society, Volume 30, pp. 481-483 (2015)
[8]
Shigeyama, T., Nakamura, K., Tsujimoto, T., and Moriya, T.
"GRB Nucleosynthesis in Dwarf Galaxies"
AIP Conference Proceedings, Volume 1279, pp. 415-417 (2010)
[7]
Nakamura, K., Yoshida, T. Shigeyama, T., and Kajino, T.
"The neutrino-process and light element production"
Proceedings of the 11th Symposium on Nuclei in the Cosmos, id.63 (2010)
[6]
Nakamura, K., Yoshida, T., Shigeyama, T., and Kajino, T.
"Light elements from core-collapse supernovae: the neutrino-process and spallation reactions"
OMEG-2010. AIP Conference Proceedings, Volume 1269, pp. 309-314 (2010)
[5]
Nakamura, K., Yoshida, T., Shigeyama, T., and Kajino, T.
"Lithium, beryllium, and boron production in core-collapse supernovae"
Light Elements in the Universe, Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium, Volume 268, p. 463-468 (2010)
[4]
Nakamura, K.
"Light Element Production in Type Ib/c Supernovae"
OMEG-2007. AIP Conference Proceedings, Volume 1016, pp. 430-432 (2008)
[3]
Nakamura, K., Inoue, S., Wanajo, S., Suzuki, T., and Shigeyama, T.
"Light Elements Produced by Nitrogen-rich Type Ic Supernovae"
OMEG-2005. New Horizon of Nuclear Astrophysics and Cosmology. AIP Conference Proceedings, Volume 847, pp. 446-448 (2006)
[2]
Shigeyama, T., Nakamura, K., Wanajo, S., and Inoue, S.
"Light Element Production in Type Ic Supernovae"
OMEG-2005. New Horizon of Nuclear Astrophysics and Cosmology. AIP Conference Proceedings, Volume 847, pp. 105-110 (2006)
[1]
Nakamura, K., Inoue, S., Wanajo, S., and Shigeyama, T.
"Light Element Production in the Circumstellar Matter of Type Ic Supernovae at Low Metallicity"
Proceedings of the International Symposium on Nuclear Astrophysics - Nuclei in the Cosmos - IX. 25-30 June 2006, CERN., p.148.1 (2006)
