超新星爆発におけるr過程元素合成と爆発メカニズムの解明

• Project/Area Number: 13740129
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 和南城 伸也 上智大学, 理工学部, 助手 (30327879)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2002: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2001: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 超新星 / 元素合成 / 宇宙年代学 / 核反応 / 中性子 / 重元素 / 放射性元素 / 金属欠乏星 / 原子核 / 一般相対論 / 宇宙年齢

Research Abstract

1.太陽質量の9倍の星の重力崩壊および超新星爆発の数値流体シミュレーションを行った。太陽質量の8〜10倍の星は、進化の最終段階で中心に酸素・ネオン・マグネシウムのコアを形成した段階で重力崩壊を始めるので、より大質量の星に見られる鉄のコアの光分解によるエネルギー損失がないこと、そして、重力ポテンシャルが比較的浅いことにより、爆発を起こしやすいと考えられている。我々は、陰的解法による一次元数値流体コードを開発し、この星が流体力学的なコアバウンスによって爆発しうることを明らかにした。
2.太陽質量の9倍の星の超新星爆発によるr過程元素合成の計算を行った。r過程元素(速い中性子捕獲反応により作られた元素。鉄より重い元素の約半分。金、銀、プラチナ、ウランなど)の起源は未だに明らかにされていないが、上述の超新星爆発では多量の中性子過剰物質が放出されるため、r過程が実現する。我々は、中性子、陽子からプルトニウムまでの約3600個の核種を含む原子核反応ネットワークコードを開発し、この超新星爆発におけるr過程元素合成の数値計算を行った。その結果は太陽系のr過程元素組成比を非常によく再現することより、太陽質量の8〜10倍の星の超新星爆発は、r過程元素の主要な起源である可能性が高いことを明らかにした。
3.宇宙年齢の下限値の推定を行った。r過程元素合成の計算により得られた長寿命放射性元素ウラン、トリウムの値と、銀河系で最も古い星の一つである超金属欠乏星に観測されるそれらの値を比較することにより、その星の年齢を推定することができる。この星は宇宙ができてからすぐに生まれたと考えられるので、ほぼ宇宙年齢に等しい(正確には下限値)と考えられる。我々の結果による宇宙年齢の下限値は141±24億年であり、現在最も信頼性の高い宇宙背景放射の観測による値(137±2億年)とほぼ合致することを示した。

Research Products

• [Publications] Shinya Wanajo: "The r-process in the neutrino winds of core-collapse supernovae and U-Th cosmochronology"The Astrophysical Journal. 577. 853-865 (2002)
• [Publications] Naoki Itoh: "Screening Corrections to the Electron Capture Rates in Dense Stars by the Relativistically Degenerate Electron Liquid"The Astrophysical Journal. 579. 380-385 (2002)
• [Publications] Naoki Itoh: "Enhancement of Resonant Thermonuclear Reaction Rates in Extremely Dense Stellar Plasmas"The Astrophysical Journal. (in press). (2003)
• [Publications] Shinya Wanajo: "The r-Process in the Neutrino Wind and U-Th Cosmochronology"Nuclear Physics A. (in press). (2003)
• [Publications] Tamamura Masaya: "The Possibility of r-Process in the Core-collapse Supernova of an ONeMg Core"Nuclear Physics A. (in press). (2003)
• [Publications] Yuhri Ishimaru: "Implications from Inhomogeneous Chemical Evolution : Yields of O-Zn and r-process Elements"Nuclear Physics A. (in press). (2003)
• [Publications] Wanajo, S., et al.: "The r-process in neutrino-driven winds from nascent, "compact" neutron stars of core-collapse supernovae"The Astrophysical Journal. 554. 578-586 (2001)
• [Publications] 和南城伸也: "rプロセスとウラン・トリウム宇宙年代学"天文月報(日本天文学会). 94・8. 361-370 (2001)
• [Publications] Kajino, T., et al.: "R-Process Nucleosynthesis in Core-Collapse Supernova Explosion"Nuclear Physics A. (in press).
• [Publications] Kajino, T., et al.: "Impact of a Few Body Reactions on Explosive Nucleosynthesis : Big-bang and Supernovae"Few-Body Systems Supplement. (in press).