ニュートリノ放射をともなう星内原子核・素粒子反応率の精密決定と天体現象への応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12047233
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 安藤 裕康 国立天文台, 光学赤外線天文学・観測システム研究系, 教授 (90111559)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上村 正康 九州大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10037210) ; 千葉 柾司 国立天文台, 位置天文・天体力学研究系, 助教授 (50217246) ; 梶野 敏貴 国立天文台, 理論天文学研究系, 助教授 (20169444) ; 山田 章一 早稲田大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (80251403) ; 本林 透 理化学研究所, 主任研究員 (20116114)
• Keywords: ニュートリノ / ビッグバン / 超新星爆発 / レプトン非対称 / 宇宙背景放射 / 天体核反応率 / ANC法 / Rプロセス

Research Abstract

太陽ニュートリノ問題を有限質量差を持つ素粒子ニュートリノが示す振動現象の帰結として解決するために、太陽中心部の温度10^7Kに相当するGamow windowエネルギー1〜10keVでの^7Be(p,γ)^8B反応の断面積を3%〜5%の精度で決定することが求められている。順反応断面積の理論計算、核子移行反応を利用するANC法、クーロン分解反応と詳細つり合いの原理を適用する逆反応断面積の算出法など、複数の異なる方法論に依る理論・実験の取り組みによって、原子核反応物理の系統的な理解と精度に挑戦した。その結果、上村グループの理論計算によって、原理的に3%という理論精度で反応断面積を決定できることが明らかになった。しかし、本林グループによる実験では、まだ12%程度の実験精度である。梶野グループは、これと鏡央関係にある^7Li(n,γ)^8Li(α,n)^<11>B、等の反応断面積の決定を試み、非一様ビッグバン元素合成モデルや超新星r-過程元素合成に応用して中重核合成への影響を調べた。超新星爆発で発生するニュートリノ駆動風でのRプロセス元素合成を、大型科学計算機を駆使した爆発流体のシミュレーションと結合した。昨年までのわれわれの理論モデルでは、原始中性子星の質量が2倍太陽質量程度でないと元素合成が成功しなかったが、駆動風の外部境界条件を適正に選ぶことによって、1.4倍太陽質量の典型的な中性子星モデルでもR-プロセスが成功することを明らかにした。超新星Rプロセスは、宇宙・銀河の化学進化の理解および銀河年齢の推定にとっても重要な宇宙物理過程である。長寿命の放即性Rプロセス重元素Th、Uの初期生成量を精巧化した理論モデルで予測し、安藤グルーブによるすばる望遠鏡を用いた天文観測と比較した。その他、ニュートリノ対称性の破れた宇宙論の研究も発展させ、ビッグバン元素合成、宇宙背景放射揺らぎのスペクトル、超新星Iaの高赤方分布などの観測事実と矛盾しない理諭モデルの可能性を明らかにした。また、超新星ニュートリノ過程によるHe層での軽元素LiB合成が、超新星ニュートリノフラックス、温度、コア-質量などを強く制限できる可能性を理論的に明らかにしつつある。

Research Products

• [Publications] W.Aoki, H.Ando, et al.: "Chemical composition of carbon-rich, very metal-poor subgiant LP625-44 observed with the Subaru/HDS"Pub.Astron.Soc.Japan. 54. 427-449 (2002)
• [Publications] T.Kajino, et al.: "Recent Progress in Cosmology and Nuclear Astrophysics"Prog.Theor.Phys.Suppl.. 146. 247-257 (2002)
• [Publications] M.Chiba: "Probing Dark Matter Substructure in Lens Galaxies"Astrophys.J.. 565. 17-23 (2002)
• [Publications] K.Ogata, M.Kamimura, et al.: "Determination of S17 from 7Be(d, n)8B reaction"Determination of S17 from 7Be(d, n)8B reaction. C67. R011602-1-R011602-4 (2003)
• [Publications] K.Yoneda, T.Motobayashi, et al.: "Gamma-ray spectroscopy of 34Mg via RI beam fragmentation"Nucl.Phys.. A701. 437-440 (2002)
• [Publications] K.Kohri, S.Yamada: "Polarization tensors in strong magnetic fields"Phys.Rev.. D65. 043006-1-043006-10 (2002)
• [Publications] S.G.Ryan, et al.: "Rapid rotation of ultra-Li-depleted halo stars and their association with blue stragglers"Astrophys.J.. 571. 501-511 (2002)
• [Publications] M.A.Famiano, et al.: "Light element nucleosynthesis from jet interactions in active galactic nuclei"Astrophys.J.. 576. 89-100 (2002)
• [Publications] M.Terasawa, et al.: "R-process nucleosynthesis in neutrino-driven winds from a typical neutron star with M=1.4Msolar"Astrophys.J.Lett.. 578. 137-140 (2002)
• [Publications] M.Orito, et al.: "Constraints on Neutrino Degeneracy from the Cosmic Microwave Background and Primordial Nucleosynthesis"Phys.Rev.. D65. 123504-1-123504-7 (2002)
• [Publications] T.Kajino: "Cosmological Nucleosynthesis in the Big-Bang and Supernovae"J.Nucl.Sci. & Tech.Suppl.. II. 530-535 (2002)
• [Publications] N.Yahiro, et al.: "Constraints on Cosmic Quintessence and quintessential inflation"Phys.Rev.. D65. 063502-1-063502-9 (2002)
• [Publications] K.Ichiki, et al.: "Observational constraints on dark radiation in brane cosmology"Phys.Rev.. D66. 043521-1-043521-5 (2002)
• [Publications] K.Sumiyoshi, H.Utsunomiya, S.Goko, T.Kajino: "Astrophysical reaction rate for a (an, g)9Be by photodisintegration"Nucl.Phys.. A709. 467-486 (2002)
• [Publications] S.Okamura, et al.: "Candidates for intracluster planetary nebulae in the Virgo Cluster based on the Suprime-Cam Narrow-Band Imaging in O[III] and Ha"Pub.Astron.Soc.Japan. 54. 883-889 (2002)
• [Publications] N.Iwamoto, et al.: "Discovery of Early Generation S-Process Star and the Nucleosynthesis"J.Ncl.Sci. & Tech.Suppl.. II. 554-557 (2002)