2019 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 |
全rプロセス元素に対する原子構造計算を網羅的に行い、同一の電子殻の中では原子番号が小さいほど束縛吸収の不透明度への寄与が高くなることを明らかにした。多次元輻射輸送シミュレーションを行い、連星合体の質量の違いから予想されるキロノバの性質の多様性を明らかにした。ブラックホールと降着円盤からなる系の進化に対して、一般相対論および弱い相互作用を注意深く取り扱って系を長時間追跡し、こうした系においても、放出物質の電子モル分率Yeは0.3程度の高い値をとることを明らかにし、この結果が弱い相互作用と粘性加熱の時間スケールの比較から妥当な結果であることを示した。 計算サーバーを甲南大学に導入し即時データ解析環境の整備を行った。LIGO/Virgo第三期観測(O3)において、S190510g、S191216ap、S200224caの三つのイベントについてすばる望遠鏡HSCを用いた追観測を行った。これらの観測で得られた、重力波源の可視光対応天体の明るさの上限値に関する論文を執筆している。木曽広視野カメラTomo-e Gozenを完成させ、重力波アラートに対応した自動観測システムを構築した。このシステムを用いて、O3期間に発行されたアラートのうち15イベントに対して広域の追観測データを得た。なゆた望遠鏡と3色同時撮像近赤外カメラNICを用いて、重力波対応天体の探査を12夜で実施した。NICの視野を2倍にするために装置内部に入れる縮小光学系の光学設計を行った。中国・西チベットのHinOTORI望遠鏡の駆動系・制御系の調整と整備を進め、長時間停電後の観測システムの立ち上げまで遠隔で行えるようにした。また、現地の観測環境や観測装置システムの評価を進めている。かなた望遠鏡の自動観測システムを用いてLVC O3期間中に有効なアラートが発行された10件の重力波イベントに対する追観測を実施した。
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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(原子構造計算、多次元輻射輸送シミュレーション、ブラックホールと降着円盤からなる系の進化に対する一般相対論および弱い相互作用の計算)は順調に進展し、束縛吸収不透明度の原子番号依存性、連星合体質量によるキロノバの多様性、放出物質における電子モル分率の推定など、コンパクト連星合体とその放出物質、および電磁波放射に関する新しい知見を得ることができた。 観測的研究では、LIGO/Virgoの第三期観測(O3)の開始に合わせて、すばる望遠鏡、木曽シュミット、なゆた望遠鏡、かなた望遠鏡、HinOTORI望遠鏡などを駆使して、重力波アラートの追跡観測を精力的に行った。総計で20を超えるイベントに対して追跡観測を行うことに成功した。光学対応天体を検出する事はできなかったが、O3期間中には明瞭な光学対応天体は世界の他の観測施設でも検出に成功しておらず、逆にこのことから重力波放出現象に伴う電磁波放射の効率について一定の知見を得つつある。本計画研究における各観測施設の観測システム、データ解析システムの整備・改良は進展しており、特にTomo-e Gozenカメラの完成、すばる望遠鏡HSCデータ解析システムの充実、各観測所の自動観測システムの整備は大きな成果である。 以上を総合して、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。本年度は重力波望遠鏡(LVC)の次の観測ランに向けて、中性子星合体からの電磁波放射の輻射輸送シミュレーションにおける重元素の束縛遷移データのアップデートを行い、キロノバの最初の数時間の性質を明らかにする。また、連星中性子星合体の結果形成される、中性子星/ブラックホール-降着円盤系の進化の数値相対論シミュレーションを実行し、放出される物質の諸性質を明らかにするとともに、r過程元素合成計算を行って組成パターンを調べる。 (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。本年度はLVC の次の観測ランに向けて、すばる望遠鏡の観測プラン生成ソフトウェアを改善するとともに、J-GEMの観測支援・新天体捜索システムを更新・増強し、より効率的な追観測を行える体制を整える。具体的には、なゆた望遠鏡の可視光多目的観測装置WFGS2の偏光モード、可視光分光器MALLSの検出器系更新、チベットHinOTORI 50cm望遠鏡のロボット化の推進、Tomo-e Gozenの追観測システムの更新等をおこなう。これらの観測装置群を用いて、重力波の起源の有力な候補であるショートガンマ線バーストの即時追観測を実施する。また、KAGRAが稼働した場合も即時追観測を実施する。 さらに、LVCの第3観測ラン(O3)の間にJ-GEM観測網を用いて行った重力波源の追観測の結果をとりまとめ、査読論文として出版する。
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Research Products
(84 results)
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[Journal Article] On the possibility of GW190425 being a black hole--neutron star binary merger2020
Author(s)
Kyutoku, K., Fujibayashi, S., Hayashi, K., Kawaguchi, K., Kiuchi, K., Shibata, M., Tanaka, M.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 890
Pages: 4
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] The HSC-SSP Transient Survey: Implications from Early Photometry and Rise Time of Normal Type Ia Supernovae2020
Author(s)
Jiang, J.-. an ., Yasuda, N., Maeda, K., Doi, M., Shigeyama, T., Tominaga, N., Tanaka, M., Moriya, T. J., Takahashi, I., Suzuki, N., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 892, Issue 1, id.25
Volume: 892
Pages: 25
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Sub-radian-accuracy gravitational waves from coalescing binary neutron stars in numerical relativity. II. Systematic study on the equation of state, binary mass, and mass ratio2020
Author(s)
Kiuchi, K., Kawaguchi, K., Kyutoku, K., Sekiguchi, Y., & Shibata, M.
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Journal Title
Physical Review D
Volume: 101
Pages: 84006
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] First release of high-redshift superluminous supernovae from the Subaru HIgh-Z sUpernova CAmpaign (SHIZUCA). I. Photometric properties2019
Author(s)
Moriya, T., Tanaka, M., Yasuda, N., Jiang, J. Lee, C.-H. Maeda, K., Morokuma, T., Nomoto, K., Quimby, R., Suzuki, N., Takahashi, I., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 241
Pages: 16
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First release of high-redshift superluminous supernovae from the Subaru HIgh-Z sUpernova CAmpaign (SHIZUCA). II. Spectroscopic properties2019
Author(s)
Curtin. C., Cooke, J. Moriya, T., Bernard, S. R., Galbany, L., Jian, J., Lee, C.-H. Maeda, K., Morokuma, T., Nomoto, K., Pignata, G., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 241
Pages: 17
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Searches for Population III pair-instability supernovae: Predictions for ULTIMATE-Subaru and WFIRST2019
Author(s)
Moriya, T., Wong, K. C., Koyama, Y., Tanaka, M., Oguri, M., Hilbert, S., Nomoto, K.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 71
Pages: 59
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] SN 2017czd: A Rapidly Evolving Supernova from a Weak Explosion of a Type IIb Supernova Progenitor2019
Author(s)
Nakaoka, T., Moriya, T., Tanaka, M., Yamanaka, M., Kawabata, K. S., Maeda, K., Kawabata, M., Kawahara, N., Itagaki, K., Ouchi, R., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 875
Pages: 76
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] The Hyper Suprime-Cam SSP Transient Survey in COSMOS: Overview2019
Author(s)
Yasuda, N., Tanaka, M., Tominaga, N., Jiang, J., Moriya, T. J., Morokuma, T., Suzuki, N., Takahashi, I., Yamaguchi, M. S., Maeda, K., et al.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 71
Pages: 74
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] HSC16aayt: Slowly evolving interacting transient rising for more than 100 days2019
Author(s)
Moriya, T. J., Tanaka, M., Morokuma, T., Pan, Y.-C., Quimby, R. M., Jiang, J., Kawana, K., Maeda, K., Nomoto, K., Suzuki, N., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 882
Pages: 70
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Okayama Astrophysical Observatory Wide-Field Camera2019
Author(s)
Yanagisawa, K., Shimizu, Y., Okita, K., Kuroda, D., Tsutsui, H., Koyano, H., Izumiura, H., Yoshida, M., Ohta, K., Kawai, N., et al.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 71
Pages: 118
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] KOOLS-IFU: Kyoto Okayama Optical Low-dispersion Spectrograph with optical-fiber Integral Field Unit2019
Author(s)
Matsubayashi, K., Ohta, K., Iwamuro, F., Iwata, I., Kambe, E., Tsutsui, H., Izumiura, H., Yoshida, M., Hattori, T.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 71
Pages: 102
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A significant feature in the general relativistic time evolution of the redshift of photons coming from a star orbiting Sgr A*2019
Author(s)
Saida, H., Nishiyama, S., Ohgami, T., Takamori, Y., Takahashi, M., Minowa, Y., Najarro, F., Hamano, S., Omiya, M., Iwamatsu, A., et al.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan, Volume 71, Issue 6, id. 120
Volume: 71
Pages: 120
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] New Constraint on the Atmosphere of (50000) Quaoar from a Stellar Occultation2019
Author(s)
Arimatsu, K., Ohsawa, R., Hashimoto, G. L., Urakawa, S., Takahashi, J., Tozuka, M., Itoh, Y., Yamashita, M., Usui, F., Aoki, T., et al.
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Journal Title
The Astronomical Journal, Volume 158, Issue 6, article id. 236, 7 pp. (2019).
Volume: 158
Pages: 236
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A Rapidly Declining Transient Discovered with the Subaru/Hyper Suprime-Cam2019
Author(s)
Tominaga, N., Morokuma, T., Tanaka, M., Yasuda, N., Furusawa, H., Tanaka, M., Jiang, J.-. an ., Tolstov, A., Blinnikov, S., Doi, M., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 885, Issue 1, article id. 13, 14 pp. (2019).
Volume: 885
Pages: 13
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] SN 2018hna: 1987A-like Supernova with a Signature of Shock Breakout2019
Author(s)
Singh, A., Sahu, D. K., Anupama, G. C., Kumar, B., Kumar, H., Yamanaka, M., Baklanov, P. V., Tominaga, N., Blinnikov, S. I., Maeda, K., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters, Volume 882, Issue 2, article id. L15, 7 pp. (2019).
Volume: 882
Pages: L15
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Light-curve Modeling of Fast-evolving Supernova KSN 2015K: Explosion in Circumstellar Matter of a Super-AGB Progenitor2019
Author(s)
Tolstov, A., Nomoto, K., Sorokina, E., Blinnikov, S., Tominaga, N., and Taniguchi, Y.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 881, Issue 1, article id. 35, 5 pp. (2019).
Volume: 881
Pages: 35
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] ALMA Observations of Molecular Gas in the Host Galaxy of AT2018cow2019
Author(s)
Morokuma-Matsui, K., Morokuma, T., Tominaga, N., Hatsukade, B., Hayashi, M., Tamura, Y., Matsuda, Y., Motogi, K., Niinuma, K., and Konishi, M.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters, Volume 879, Issue 1, article id. L13, 6 pp. (2019).
Volume: 879
Pages: L13
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Evidence for an Aspherical Population III Supernova Explosion Inferred from the Hyper-metal-poor Star HE 1327-23262019
Author(s)
Ezzeddine, R., Frebel, A., Roederer, I. U., Tominaga, N., Tumlinson, J., Ishigaki, M., Nomoto, K., Placco, V. M., and Aoki, W.
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Journal Title
The Astrophysical Journal, Volume 876, Issue 2, article id. 97, 8 pp. (2019).
Volume: 876
Pages: 97
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First Release of High-redshift Superluminous Supernovae from the Subaru HIgh-Z SUpernova CAmpaign (SHIZUCA). II. Spectroscopic Properties2019
Author(s)
Curtin, C., Cooke, J., Moriya, T. J., Tanaka, M., Quimby, R. M., Bernard, S. R., Galbany, L., Jiang, J.-. an ., Lee, C.-H., Maeda, K., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 241, Issue 2, article id. 17, 14 pp. (2019).
Volume: 241
Pages: 17
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] On the observational behaviour of the highly polarized Type IIn supernova SN 2017hcc2019
Author(s)
Kumar, B., Eswaraiah, C., Singh, A., Sahu, D. K., Anupama, G. C., Kawabata, K. S., Yamanaka, M., Otsubo, I., Pandey, S. B., et al.
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Journal Title
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Volume: 488
Pages: 3089-3099
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole2019
Author(s)
Event Horizon Telescope Collaboration; Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A.-K., Ball, D., Balokovi, M., Barrett, J., Sasada, M., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 875
Pages: L1
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First M87 Event Horizon Telescope Results. II. Array and Instrumentation2019
Author(s)
Event Horizon Telescope Collaboration; Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A.-K., Ball, D., Balokovi, M., Barrett, J., Sasada, M., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 875
Pages: L2
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First M87 Event Horizon Telescope Results. III. Data Processing and Calibration2019
Author(s)
Event Horizon Telescope Collaboration; Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A.-K., Ball, D., Balokovi, M., Barrett, J., Sasada, M., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 875
Pages: L3
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First M87 Event Horizon Telescope Results. IV. Imaging the Central Supermassive Black Hole2019
Author(s)
Event Horizon Telescope Collaboration; Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A.-K., Ball, D., Balokovi, M., Barrett, J., Sasada, M., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 875
Pages: L4
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First M87 Event Horizon Telescope Results. V. Physical Origin of the Asymmetric Ring2019
Author(s)
Event Horizon Telescope Collaboration; Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A.-K., Ball, D., Balokovi, M., Barrett, J., Sasada, M., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 875
Pages: L5
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First M87 Event Horizon Telescope Results. VI. The Shadow and Mass of the Central Black Hole2019
Author(s)
Event Horizon Telescope Collaboration; Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A.-K., Ball, D., Balokovi, M., Barrett, J., Sasada, M., et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 875
Pages: L6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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