2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study of nucleosynthesis in neutron star merger with optical-infrared follow-up observations of gravitational wave sources
Project Area | Gravitational wave physics and astronomy: Genesis |
Project/Area Number |
17H06363
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Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
Principal Investigator |
吉田 道利 国立天文台, ハワイ観測所, 教授 (90270446)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨永 望 甲南大学, 理工学部, 教授 (00550279)
関口 雄一郎 東邦大学, 理学部, 准教授 (50531779)
川端 弘治 広島大学, 宇宙科学センター, 教授 (60372702)
伊藤 洋一 兵庫県立大学, 自然・環境科学研究所, 教授 (70332757)
田中 雅臣 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70586429)
酒向 重行 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90533563)
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Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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Keywords | 光学赤外線天文学 / 重力波天体 / 突発天体 / 中性子星 / 元素合成 |
Outline of Annual Research Achievements |
中性子星合体からの熱的な電磁波放射(キロノバ)の計算に必要な原子データの精度の調査を行い、原子構造計算の不定性がキロノバの光度曲線に与える影響は10%程度であることを明らかにした。また、キロノバの多次元輻射輸送シミュレーションを行い、Dynamical ejectaとpost-merger ejectaの組み合わせでGW170817の観測がよく再現されることを明らかにした。中性子星と降着円盤からなる系の進化のニュートリノ輻射輸送及び粘性を考慮した数値相対論シミュレーションを行い、系からの放出物質の総量及び熱力学的特性を調べ、太陽質量の数%もの質量が放出されることを明らかにした。また、中性子星からのニュートリノの照射によって放出物質の中性子過剰率は下げられ、典型的には電子モル分率が0.3-0.4程度の高い値となることを明らかにした。 LIGO/Virgo第三期観測(O3)に向けて、すばる望遠鏡HSCの観測計画作成スクリプトを更新した。また計算サーバーを甲南大学に導入し高速電波バーストの追観測データを用いて即時データ解析環境の整備・テストを行った。木曽広視野CMOSカメラTomo-e Gozenの開発を進め、カメラを構成する全4ユニットのうち3ユニットを完成させた。また、サーベイ画像データをリアルタイムに一次処理するパイプラインソフトウエアの開発し、突発現象を検出するソフトウエアを深層学習モデルを用いて構築した。なゆた望遠鏡の可視光分光器MALLSに組み入れる、高分散分光モードを開発した。中国・西チベットに設置したHinOTORI望遠鏡の駆動系・制御系の改修と調整を進め、可視3バンド観測が行えるようにした。口径1.5mかなた望遠鏡による重力波源候補の自動観測システムの整備を行い、アラートに応じて可視光・近赤外線の観測を行い、一次リダクションまで自動で済ませられるようにした。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論的研究(キロノバの多次元輻射輸送シミュレーション、中性子星合体の数値相対論シミュレーション)は順調に進展している。中性子星合体からの放出物質およびそこからの電磁波放射(キロノバ)に対して、原子核構造計算の不定性やニュートリノ照射などがどのように影響するのかを定量的に知ることに成功している。これらの成果によって、電磁波追跡観測や観測データの解釈に一定の指針が与えられるようになった。 観測面では、すばる望遠鏡、木曽シュミット望遠鏡、なゆた望遠鏡、かなた望遠鏡、HinOTORI望遠鏡などの観測設備および観測装置の開発が進み、重力波望遠鏡LIGO/Virgoの第三期観測(O3)への対応準備がほぼ完成した。 以上を総合して、研究はおおむね順調に進展していると自己評価する。
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Strategy for Future Research Activity |
以下の二本の柱で研究を推進する。 (1)数値相対論シミュレーションによる中性子星を含む合体現象からの電磁波放射の理論研究。本年度は前年度に引き続き、連星中性子星合体の数値相対論シミュレーションを行い、合体時に放出される中性子過剰物質の化学的・熱力学的性質を明らかにする。また、詳細な原子データを取り入れた輻射輸送シミュレーションを行い、GW170817および今後の重力波イベントで得られたスペクトルの解釈を行う。その上で、幾つかの連星パラメータでシミュレーションを行う。これらを総合して、将来の中性子星合体イベントの観測に備える。 (2)J-GEMネットワークによる重力波源の電磁波対応天体の探査観測研究。2019年度からはLIGOおよびVirgoの第三期観測ランO3が行われる予定であるため、2018年度までに整備したJ-GEM観測システムを用いた追跡観測を行う。このため、計算機を購入し、国立天文台とのネットワークの高速化を実現することによりすばる望遠鏡 Hyper Suprime-Cam を用いた重力波源の光赤外対応天体の即時同定体制を整える。ハワイ観測所岡山分室の91cm望遠鏡を専有し、近赤外線による追跡観測を実施する。なゆた望遠鏡の可視光多目的観測装置WFGS2に偏光モードを開発する。また、木曽シュミット望遠鏡の超広視野CMOSカメラTomo-eを完成させる。これらの観測装置群を用いて、本年度は、複数の中性子星合体イベントの光赤外線対応天体の検出と追跡を目指す。
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[Journal Article] The origin of polarization in kilonovae and the case of the gravitational-wave counterpart AT 2017gfo2019
Author(s)
Bulla, M., Covino, S., Kyutoku, K., Tanaka, M., Maund, J. R., Patat, F., Toma, K., Wiersema, K., Bruten, J., Jin, Z. P., Testa V.
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Journal Title
Nature Astronomy
Volume: 3
Pages: 99-106
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A Long-duration Luminous Type IIn Supernova KISS15s: Strong Recombination Lines from the Inhomogeneous Ejecta?CSM Interaction Region and Hot Dust Emission from Newly Formed Dust2019
Author(s)
Kokubo, M., Mitsuda, K., Morokuma, T., Tominaga, N., Tanaka, M., Moriya, T., Yoachim, P., Ivezic, Z., Sako, S., Doi, M.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 872
Pages: 135
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The fast, luminous ultraviolet transient AT2018cow: extreme supernova, or disruption of a star by an intermediate-mass black hole?2019
Author(s)
Perley, D. A., Mazzali, P. A., Yan, L., Cenko, S. B., Gezari, S., Taggart, K., Blagorodnova, N., Fremling, C., Mockler, B., Singh, A., Tominaga, N., Tanaka, M., et al.
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Journal Title
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 484, Issue 1, p.1031-1049
Volume: 484
Pages: 1031-1049
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Luminosity function of faint sporadic meteors measured with a wide-field CMOS mosaic camera Tomo-e PM2019
Author(s)
Ohsawa, R., Sako, S., Sarugaku, Y., Usui, F., Ootsubo, T., Fujiwara, Y., Sato, M., Kasuga, T., Arimatsu, K., Watanabe, J.-. ichi ., Doi, M., Kobayashi, N., et al.
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Journal Title
Planetary and Space Science, Volume 165, p. 281-292.
Volume: 165
Pages: 281-292
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Broad-line type Ic Supernova SN 2014ad2018
Author(s)
Sahu, D. K., Anupama, G. C., Chakradhari, N. K., Srivastav, S., Tanaka, M., Maeda, K., Nomoto, K.
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Journal Title
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Volume: 475
Pages: 2591-2604
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Low-luminosity Type IIP Supernova 2016bkv with early-phase circumstellar interaction2018
Author(s)
Nakaoka, T., Kawabata, K. S., Maeda, K., Tanaka, M., Yamanaka, M., Moriya, T. J., Tominaga, N., Morokuma, T., Takaki, K., Kawabata, M., Kawahara, N., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 859
Pages: 78
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Physical properties of near-Earth asteroids with a low delta-v: Survey of target candidates for the Hayabusa2 mission2018
Author(s)
Hasegawa, S., Kuroda, D., Kitazato, K., Kasuga, T., Sekiguchi, T., Takato, N., Aoki, K., Arai, A., Choi, Y.-J., Fuse, T., and 33 colleagues
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 70
Pages: 114
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Extended optical/NIR observations of Type Iaz supernova 2014dt: Possible signatures of a bound remant2018
Author(s)
Kawabata, M., Kawabata, K.~S., Maeda, K., Yamanaka, M., Nakaoka, T., Takaki, K., Fukushima, D., Kojiguchi, N., Matumoto, K., Matsumoto, K., et al.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 70
Pages: 111
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Planets around the evolved stars 24 Bootis and γ Libra: A 30 d-period planet and a double giant-planet system in possible 7:3 MMR2018
Author(s)
Takarada, T., Sato, B., Omiya, M., Harakawa, H., Nagasawa, M., Izumiura, H., Kambe, E., Takeda, Y., Yoshida, M., Itoh, Y., et al.
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Journal Title
Astronomy & Astrophysics
Volume: 70
Pages: 59
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A2018
Author(s)
IceCube Collaboration,, Aartsen, M.~G., Ackermann, M., Adams, J., Aguilar, J.~A., Ahlers, M., Ahrens, M., Al Samarai, I., Altmann, D., Andeen, K., et al.
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Journal Title
Science
Volume: 361
Pages: 1378
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Optical follow-up observation of Fast Radio Burst 1512302018
Author(s)
Tominaga, N., Niino, Y., Totani, T., Yasuda, N., Furusawa, H., Tanaka, M., Bhandari, S., Dodson, R., Keane, E., Morokuma, T., Petroff, E., and Possenti, A.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan, Volume 70, Issue 6, id.103
Volume: 70
Pages: 103
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A search for optical transients associated with fast radio burst 1504182018
Author(s)
Niino, Y., Tominaga, N., Totani, T., Morokuma, T., Keane, E., Possenti, A., Sugai, H., and Yamasaki, S.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan, Volume 70, Issue 5, id.L7
Volume: 70
Pages: L7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Descendants of the first stars: the distinct chemical signature of second-generation stars2018
Author(s)
Hartwig, T., Yoshida, N., Magg, M., Frebel, A., Glover, S. C. O., Gomez, F. A., Griffen, B., Ishigaki, M. N., Ji, A. P., Klessen, R. S., O'Shea, B. W., and Tominaga, N.
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Journal Title
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 478, Issue 2, p.1795-1810
Volume: 478
Pages: 1795-1810
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Progenitor Mass Distribution of Core-collapse Supernova Remnants in Our Galaxy and Magellanic Clouds Based on Elemental Abundances2018
Author(s)
Katsuda, S., Takiwaki, T., Tominaga, N., Moriya, T. J., and Nakamura, K.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 863, Issue 2, article id. 127, 9 pp. (2018).
Volume: 863
Pages: 127
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Detecting Black Hole Binaries by Gaia2018
Author(s)
Yamaguchi, M. S., Kawanaka, N., Bulik, T., and Piran, T.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 861, Issue 1, article id. 21, 10 pp. (2018).
Volume: 861
Pages: 21
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The SUrvey for Pulsars and Extragalactic Radio Bursts - II. New FRB discoveries and their follow-up2018
Author(s)
Bhandari, S., Keane, E. F., Barr, E. D., Jameson, A., Petroff, E., Johnston, S., Bailes, M., Bhat, N. D. R., Burgay, M., Burke-Spolaor, S., Caleb, M., Eatough, R. P., et al.
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Journal Title
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 475, Issue 2, p.1427-1446
Volume: 475
Pages: 1427-1446
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Obscured Star Formation in the Host Galaxies of Superluminous Supernovae2018
Author(s)
Hatsukade, B., Tominaga, N., Hayashi, M., Konishi, M., Matsuda, Y., Morokuma, T., Morokuma-Matsui, K., Motogi, K., Niinuma, K., and Tamura, Y.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 857, Issue 1, article id. 72, 7 pp. (2018).
Volume: 857
Pages: 72
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] The Initial Mass Function of the First Stars Inferred from Extremely Metal-poor Stars2018
Author(s)
Ishigaki, M. N., Tominaga, N., Kobayashi, C., and Nomoto, K.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 857, Issue 1, article id. 46, 21 pp. (2018).
Volume: 857
Pages: 46
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Optical Emission and Particle Acceleration in a Quasi-stationary Component in the Jet of OJ 2872018
Author(s)
Sasada, M., Jorstad, S., Marscher, A. P., Bala, V., Joshi, M., MacDonald, N. R., Malmrose, M. P., Larionov, V. M., Morozova, D. A., Troitsky, I. S., Agudo, I., Casadio, C., Gomez, J. L., Molina, S. N., Itoh, R.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 864
Pages: 67
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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