宇宙初代星誕生から銀河系形成期における恒星進化と物質循環

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23224004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 青木 和光 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (20321581)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤本 正行 北海道大学, 理学研究院, 教授 (00111708) ; 小笹 隆司 北海道大学, 理学研究院, 教授 (90263368) ; 須田 拓馬 国立天文台, 光赤外研究部, 研究員 (90374735) ; 野本 憲一 東京大学, 数物連携宇宙研究機構, 特任教授 (90110676) ; 茂山 俊和 東京大学, 理学系研究科, 准教授 (70211951)
• Keywords: 超新星 / ダスト / 銀河系 / 金属欠乏星 / 化学進化

Research Abstract

本研究の中心課題のひとつである、すばる望遠鏡HDSの多天体同時観測を可能にする装置搭載にむけて、ファイバーを利用した光学系と搭載・制御方法の詳細検討を行い、2012年度の最終設計と製作にむけた準備を完了した。
すばる望遠鏡HDSによる銀河系ハロー天体の観測データの解析を完了し、報告論文の準備を進めた。追観測の計画を作成し、観測時間の申請を行っている。金属欠乏星のデータベースの拡充を進めるとともに、これに集積された金属欠乏星の組成の分析を通して、銀河系ハローの恒星に刻まれた元素の分布の詳細な解析を行った。これを通して、銀河系の初期化学進化の特性、とりわけ、初期質量関数の変遷過程についての制約を導いた。
本研究の理論的な課題のひとつである超新星爆発については、多次元流体元素合成計算コードの調整およびテスト計算を行い、超新星爆発における元素合成をパラメータ化する際にジェット状爆発、楕円状爆発の二種類のモデルを用いることが最適であることを明らかにした。また、大質量星を起源とするガンマ線バーストに付随する相対論的
ジェットの長期にわたる進化でこれまで考えられていなかった段階があることを指摘し、その半解析解を提示した。
炭素爆燃型超新星における核燃焼波の伝播速度が白色矮星中心付近で磁場によって数分の1になることを示した。
ダスト形成の解明については、Ia型超新星でのダスト形成・進化計算を行い、Ia型超新星はダストの主要な供給源でないことを明らかにした。また、炭素過多AGB星でのダスト形成モデルを構築し、形成されるSiCダストのサイズ分布を明らかにした。一方、超新星でのダスト形成・進化モデルで得られた破壊効率、サイズ分布の進化とダスト表面上での水素分子形成を採り入れた銀河形成進化モデルを構築し、ダストのサイズ分布が星形成率および初期宇宙の銀河進化に多大な影響を与えることを示した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

観測装置の開発やデータベース構築をはじめ、初年度の目標はおおむね達成され、次年度の研究にむけた準備も整っている。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に特に変更はない。それぞれの研究課題については順調に進んでいるので、研究分担者・連携研究者間の連携を深めることにこれまで以上に力を入れる。

Research Products

• [Journal Article] Effects of Magnetic Fields on the Propagation of Nuclear Flames in Magnetic White Dwarfs (2012)
  • Author(s): M. Kutsuna, T. Shigeyama
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 749 Pages: 51(6pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/749/1/51
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbon-enhanced Metal-poor Stars in the Inner and Outer Halo Components of the Milky Way (2012)
  • Author(s): Carollo, D., Beers, T.C., Bovy, J., Sivarani, T., Norris, J.E., Freeman, K.C., Aoki, W., Lee, Y.S., Kennedy, C.R.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 744 Pages: 195(22p)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/744/2/195
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NH3 survey observation of massive star-forming region W43 (2012)
  • Author(s): H.Nishitani, K.Sorai, A.Habe, K.Hosaka, Y.Watanabe, Y.Ohishi, K.Motogi, T.Minamidani, M.Y.Fujimoto
  • Journal Title: Publ.Astron.Soc.Jap. Volume: 64 Pages: 30
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Early Evolution of Spherical Ejecta Expanding into the Circum-Stellar Matter at Ultra-Relativistic Speeds (2012)
  • Author(s): Shigeyama, T., Suzuki, A., Nakamura, K.
  • Journal Title: Publications of The Astronomical Society of Japan Volume: 64(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diversity of Luminous Supernovae from Non-steady Mass Loss (2012)
  • Author(s): Moriya, T., Tominaga, N.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 747 Pages: 118(7pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/747/2/118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unburned Material in the Ejecta of Type Ia Supernovae (2012)
  • Author(s): Folatelli, G., Phillips, M.M., Morrell, N., Tanaka, M., Maeda, K.Nomoto, et al
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 745 Pages: 74(17pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/745/1/74
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of SiC Grains in Pulsation-enhanced Dust-driven Wind around Carbon-rich Asymptotic Giant Branch Stars (2012)
  • Author(s): Yasuda, Y., Kozasa, T
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 745 Pages: 159(14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/745/2/159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectroscopic Studies of Extremely Metal-poor Stars with the Subaru High Dispersion Spectrograph. V. The Zn-enhanced Metal-poor Star BS 16920-017 (2011)
  • Author(s): Honda, S., Aoki, W., Beers, T.C., Takada-Hidai, M.
  • Journal Title: Astrophysioal Journal Volume: 730 Pages: 77(11pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/730/2/77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detailed Chemical Abundances of Four Stars in the Unusual Globular Cluster Palomar 1 (2011)
  • Author(s): Sakari, C., Venn, K.A., Irwin, M., Aoki, W., Arimoto, N., Dotter, A.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 740 Pages: 106(22pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/740/2/106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Stellar Abundances for Galactic Archaeology (SAGA) Database II-Implications for Mixing and Nucleosynthesis in Extremely Metal-Poor Stars and Chemical Enrichment of the Galaxy (2011)
  • Author(s): T.Suda, S.Yamada, Y.Katsuta, Y.Komiya, C.Ishizuka, T.Nishimura, W.Aoki, M.Y.Fujimoto
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 412 Pages: 843-874
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.17943.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stellar Evolution Constraints on the Triple-α Reaction Rate (2011)
  • Author(s): T.Suda, R.Hirschi, M.Y.Fujimoto
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 741 Pages: 61(8pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/741/1/61
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of a New Triple-α Reaction on X-Ray Bursts of a Helium-Accreting Neutron Star (2011)
  • Author(s): Matsuo, Y., Tsujimoto, H., Noda, T., Saruwatari, M., Ono, M., Hashimoto, M., Fujimoto, M.Y
  • Journal Title: Progress of Theoretical Physics Volume: 126 Pages: 1177-1186
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supernovae from red supergiants with extensive mass loss (2011)
  • Author(s): Moriya, T., Tominaga, N., Blinnikov, S.I., Baklanov, P.V., Sorokina, E.I
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 415 Pages: 199-213
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.18689.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical Enrichment in the Carbon-enhanced Damped Lyα System by Population III Supernovae (2011)
  • Author(s): Kobayashi, C., Tominaga, N., Nomoto, K.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 730 Pages: L14(5pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/730/2/L14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical studies of SN 2009jf : a Type Ib supernova with an extremely slow decline and aspherical signature (2011)
  • Author(s): Sahu, D.K., Gurugubelli, U.K., Anupama, G.C., Nomoto, K.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 413 Pages: 2583-2594
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.18326.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Role of Dust in the Early Universe. I. Protogalaxy Evolution (2011)
  • Author(s): Yamasawa, D., Habe, A., Kozasa, T., Nozawa, T., Hirashita, H., Umeda, H., Nomoto, K.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 735 Pages: 44(14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/735/1/44
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of Dust in the Ejecta of Type Ia Supernovae (2011)
  • Author(s): Nozawa, T., Maeda, K., Kozasa, T., Tanaka, M., Nomoto, K., Umeda, H.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 736 Pages: 45(13pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/736/1/45
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GRIPS-Gamma-Ray Imaging, Polarimetry and Spectroscopy (2011)
  • Author(s): Greiner, J., et al (58 authors, including Nomoto, K.)
  • Journal Title: Experimemtal Astronomy Pages: 116
  • DOI: 10.1007/s10686-011-9255-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gamma-Ray Bursts and Magnetar-forming Supernovae", Astrophysics and Space (2011)
  • Author(s): Nomoto, K., Maeda, K., Tanaka, M., Suzuki, T.
  • Journal Title: Astrophysics and Space Science Volume: 336 Pages: 129-137
  • DOI: 10.1007/s10509-011-0658-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the effects of microphysical grain properties on the yields of carbonaceous dust from Type II supernovae (2011)
  • Author(s): Fallest, D.W., Nozawa, T., Nomoto, K., Umeda, H., Maeda, K., Kozasa, T., Lazzati, D
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 418 Pages: 571-582
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.19506.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Single Degenerate Progenitor Model for Type Ia Supernovae Highly Exceeding the Chandrasekhar Mass Limit (2011)
  • Author(s): Hachisu, I., Kato, M., Saio, H., Nomoto
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 744 Pages: 69(15pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/744/1/69
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effect of 12C+12C rate uncertainties on the evolution and nucleosynthesis of massive stars (2011)
  • Author(s): Bennett, M.E., Hirschi, R., Pignatari, M., Diehl, S., Fryer, C., Herwig, F., Hungerford, A., Nomoto, K., Rockefeller, G., Timmes, F., Wiescher, M.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 420 Pages: 3047-3070
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2012.20193.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supernova dust for the extinction law in a young infrared galaxy at Z1 (2011)
  • Author(s): Kawara, K., Hirashita, H., Nozawa, T., Kozasa, T., Oyabu, S., Matsuoka, Y., Shimizu, T., Sameshima, H., Ienaka, N.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 412 Pages: 1070-1080
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2010.17960.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extinction law in ultraluminous infrared galaxies at z1 (2011)
  • Author(s): Shimizu, T., Kawara, K., Sameshima, H., Ienaka, N., Nozawa, T., Kozasa, T.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 418 Pages: 625-637
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.19512.x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ia型超新星と伴星との衝突によるHα輝線 (2012)
  • Author(s): 朽名正道、茂山俊和
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] 超相対論的に膨張する物質と星周物質の衝突の初期進化 (2012)
  • Author(s): 茂山俊和
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] long GRBジェットの長時間進化計算と放射機構への示唆 (2012)
  • Author(s): 鈴木昭宏、茂山俊和
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] Ia型超新星と伴星との衝突ではがれる水素の観測可能性 (2012)
  • Author(s): 朽名正道、茂山俊和
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
  • Year and Date: 2012-03-19
• [Presentation] 重力崩壊型超新星の超相対論的shock breakoutによる高エネルギー光子の発生 (2012)
  • Author(s): 大谷友香理、茂山俊和
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
  • Year and Date: 2012-03-19
• [Presentation] Probing Explosion Geometry of Core-Collapse Supernovae with light curves of shock breakout (2012)
  • Author(s): 鈴木昭宏、茂山俊和
  • Organizer: IAU Symposium 279
  • Place of Presentation: 栃木県日光市安川町6-4日光千姫物語
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] Li abundances in very metal-poor, main-sequence turn-off stars (2012)
  • Author(s): 青木和光
  • Organizer: Lithium in the Cosmos
  • Place of Presentation: IAP, Paris、フランス(招待講演)
  • Year and Date: 2012-02-27
• [Presentation] Triple-Alpha Reaction Rate Constrained by Stellar Evolution Models (2011)
  • Author(s): 須田拓馬
  • Organizer: Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • Place of Presentation: 理化学研究所、和光
  • Year and Date: 2011-11-17
• [Presentation] Neutron-Capture Elements in Extremely Metal-Poor Stars (2011)
  • Author(s): 青木和光
  • Organizer: Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • Place of Presentation: 理化学研究所、和光(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-16
• [Presentation] Nucleosynthesis Constraints on Gamma-Ray Burstsand Supernovae (2011)
  • Author(s): 冨永望
  • Organizer: Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • Place of Presentation: 理化学研究所、和光
  • Year and Date: 2011-11-16
• [Presentation] Extremely Metal-Poor Stars in the Milky Way Halo (2011)
  • Author(s): 青木和光
  • Organizer: Galactic Archaeology : Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way
  • Place of Presentation: ラフォーレ修善寺・伊豆市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Nucleosynthesis in Hypernovae and Faint Supernovae and Abundance Patterns of Extremely Metal-poor Stars (2011)
  • Author(s): 野本憲一
  • Organizer: Galactic Archaeology : Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way
  • Place of Presentation: ラフォーレ修善寺、伊豆市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Star Formatiojn Histroy in Our Galaxy Explored with AGB Star Evolution Models (2011)
  • Author(s): 須田拓馬
  • Organizer: Galactic Archaeology : Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way
  • Place of Presentation: ラフォーレ修善寺、伊豆市
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] The metallicity distribution of Sr-enhanced metal-poor stars (2011)
  • Author(s): 青木和光
  • Organizer: The Light Element Primary Process & the Origin of Lighter Heavy Elements
  • Place of Presentation: GSI, Darmstadt、ドイツ(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-10
• [Presentation] 強磁場中性子星表面での爆発的元素合成とX線放射 (2011)
  • Author(s): 鈴木昭宏、茂山俊和
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] SDSS/SEGUEで検出された超金属欠乏星の化学組成 (2011)
  • Author(s): 青木和光
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2011-09-19
• [Presentation] 低金属星のリチウム組成:二重線分光連星の観測による質量依存性の検証 (2011)
  • Author(s): 青木和光
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
  • Year and Date: 2011-03-19