新しい精密重元素原子データで読み解く中性子星合体の元素合成
| Project/Area Number |
19H00694
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 雅臣 東北大学, 理学研究科, 教授 (70586429)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田沼 肇 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (30244411)
中村 信行 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (50361837)
加藤 太治 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (60370136)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥44,850,000 (Direct Cost: ¥34,500,000、Indirect Cost: ¥10,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
Fiscal Year 2019: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
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| Keywords | 中性子星合体 / 原子データ / 重力波 / 重元素 |
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| Outline of Research at the Start |
2017年に中性子星合体からの重力波が初めて検出され、電磁波対応天体の観測から中性子星合体で鉄よりも重い元素が作られた兆候が得られた。本研究は、中性子星合体の分光データを読み解き、合成された元素の種類を明らかにすることを目的として、原子構造計算とイオン分光実験によって精密な重元素の原子データを網羅的に構築し、輻射輸送シミュレーションによって中性子星合体からの電磁波放射の正確な計算を行う。本研究の結果から、中性子星合体が合成・放出している元素の種類と量を明らかにすることで、宇宙における重元素の起源を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子星合体からの電磁波放射（キロノバ）の性質、特に2017年に観測された中性子星合体GW170817に付随したキロノバAT2017gfoの赤外線スペクトルの特徴を解読すべく研究を行った。まず、完全性が高い理論計算による原子データを用いて赤外線領域で強い吸収を示す元素を調査し、ランタン (原子番号57)やセリウム (原子番号58)といったランタノイドの中で最外殻電子の数が少ない元素、特にそれらの元素の二階電離イオンが最も有力な候補であることを明らかにした。これは、これらのイオンがf殻電子に起因した遷移をもっており、遷移のエネルギー差が小さく遷移波長が赤外線域に来やすいこと、さらに最外殻電子の数が少ないことで、一つ一つの遷移確率が高くなりやすいことの二つの効果で説明できる。これらの元素に対して、分光実験から分かっているエネルギー・遷移遷移を照合して理論原子データをキャリブレーションすることで、完全性と正確性を兼ね備えたハイブリッドな原子データを構築することができた。このデータを用いて中性子星合体における輻射輸送シミュレーションを行ったところ、確かにキロノバの赤外線スペクトルにランタン・セリウムの吸収が現れること、さらにそれらの元素による吸収がGW170817に付随して観測されたキロノバAT2017gfoの吸収線の特徴をよく説明することを明らかにした。これは、キロノバの赤外線で吸収線を同定した初めての例である。本研究によって、中性子星合体においてランタノイドが合成されたことを初めて分光的に確認することができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(5 results)
Research Products
(47 results)
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[Journal Article] Optical follow-up observation for GW event S190510g using Subaru/Hyper Suprime-Cam2021
Author(s)
Ohgami Takayuki、Tominaga Nozomu、Utsumi Yousuke、Niino Yuu、Tanaka Masaomi、Banerjee Smaranika、Hamasaki Ryo、Yoshida Michitoshi、Terai Tsuyoshi、Takagi Yuhei、Morokuma Tomoki、Sasada Mahito、Akitaya Hiroshi、Yasuda Naoki、Yanagisawa Kenshi、Ohsawa Ryou
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 73
Issue: 2
Pages: 350-364
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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