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The origin and cosmic time evolution of r-process elements and the event rate of supernovae, collapsars and neutron star mergers

Research Project

Project/Area Number 21J11453
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 16010:Astronomy-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山崎 雄太  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords銀河化学進化 / 超新星爆発 / 連星中性子星合体 / コラプサー / 元素合成 / νpプロセス
Outline of Research at the Start

宇宙における重元素の約半分を合成するのがr過程(高速な中性子捕獲過程)である。
r過程の発生場所として超新星爆発や中性子星連星合体、コラプサー(ブラックホールを残す天体現象)がそれぞれ有力な候補と考えられている。
各天体現象の宇宙時間における発生頻度分布と、r過程元素の進化への影響を理論的に計算する。
理論的な予測値と様々な天文観測による銀河系天体の元素組成とを比較、評価することで、r過程元素の起源天体と進化史を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はさまざまな爆発的天体現象をフェアに考慮しながら、各天体において発生するrプロセスにおいて生成される元素の進化を解明することで、過去・現在・未来の宇宙に存在する元素の起源と歴史をあきらかにすることである。
1. rプロセス元素の銀河化学進化計算の整備: rプロセスで生成される元素について、複数のrプロセス起源天体からの寄与を考慮しながら同位体までをトレースする銀河化学進化計算の枠組みを整備をした。(Yamazaki, et al., 2022, Apj, 933(1), 112)
従来から候補天体として議論されてきた超新星爆発や、重力波の検出以降非常に注目されている連星中性子星合体に加え、コラプサーからの寄与も銀河化学進化に含めた。連星中性子星合体の発生頻度については連星系の重力波放出による軌道進化を考慮し計算した。
本研究により、rプロセスで合成される核種の同位体組成比を理論的に予言された。今後の天文観測により、銀河系の星々において同位体の分離に成功することで、各rプロセス候補天体の寄与に重要な制限をつけることが可能となった。
2. 全ての元素合成過程を考慮した化学進化モデルの精緻化と観測による評価と制限: 各元素合成過程はその過程ごとに特有な核種を生成する。rプロセスが発生するような爆発的な天体現象ではニュートリノが放出され、νpプロセスという元素合成過程も発生することが近年明らかになった。この過程は陽子過剰な核種(p核)を生成する。p核とrプロセスで生成される中性子過剰な核種(r核)を同時に計算し観測結果と比較することで、銀河化学進化モデルの精緻化を行った。(Sasaki, Yamazaki, et al., 2022, ApJ 924, 29)

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Notre Dame University/Western Michigan University(米国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Beihang University/National Astronomical Observatories/Institute of Modern Physics(中国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Possibility to Identify the Contributions from Collapsars, Supernovae, and Neutron Star Mergers from the Evolution of the r-process Mass Abundance Distribution2022

    • Author(s)
      Yamazaki Yuta、He Zhenyu、Kajino Toshitaka、Mathews Grant J.、Famiano Michael A.、Tang Xiaodong、Shi Jianrong
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 933 Issue: 1 Pages: 112-112

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac721c

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Impact of Hypernova νp-process Nucleosynthesis on the Galactic Chemical Evolution of Mo and Ru2022

    • Author(s)
      Sasaki Hirokazu、Yamazaki Yuta、Kajino Toshitaka、Kusakabe Motohiko、Hayakawa Takehito、Cheoun Myung-Ki、Ko Heamin、Mathews Grant J.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 924 Issue: 1 Pages: 29-29

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac34f8

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Possibility to identify the contributions from collapsars, SNe, and NSMs from the evolution of the r-process mass abundance distribution2022

    • Author(s)
      Yuta Yamazaki, Zhenyu He, Toshitaka Kajino, Grant J. Mathews, Michael A. Famiano, Xiaodong Tang and Jianrong Shi
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: -

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] The comprehensive understanding of the elemental evolution of the r-process and vp-process elements2022

    • Author(s)
      山崎雄太
    • Organizer
      宇宙核物理の展開
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] The possibility to find a clue of nucleosynthesis in explosive astrophysical events2022

    • Author(s)
      Yuta Yamazaki
    • Organizer
      Preworkshop on ``Origin of Elements and Cosmic Evolution: From Big-Bang to Supernovae and Mergers 2022"
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] "Isotopic abundance: the key to understand the origin of heavy elements"2021

    • Author(s)
      Yuta Yamazaki
    • Organizer
      Nuclear burning in massive stars
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] "Observational evidence for Collapsar, SN and Neutron-Star-Merger contribution to GCE of r-process elements"2021

    • Author(s)
      Yuta Yamazaki
    • Organizer
      金属欠乏宇宙2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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