2015 Fiscal Year Research-status Report
星周ダストをプローブとした大質量星の質量放出史と重力崩壊型超新星の多様性の解明
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26400223
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
野沢 貴也 国立天文台, 理論研究部, 特任助教 (90435975)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ダスト（星間塵） / 超新星爆発 / プレソーラーグレイン / 減光曲線 / 可視光赤外線観測 / 質量放出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ia型超新星で観測される特異な減光則が、その周囲に存在する厚いダストシェル中での多重散乱の効果により説明されるかどうかを調べるため、星周ダストによる赤外線エコー計算を行い、Ia型超新星の既存の近赤外線データと比較した。その結果、得られた星周ダスト量の上限値は、多重散乱によって特異な減光を引き起こすには不十分であることがわかった。本研究により、Ia型超新星の特異な減光則は星周ダストによる多重散乱ではなく、その視線上にある超新星母銀河の星間ダストに起因することが示唆された。
超新星起源のプレソーラーAl2O3粒子の形成環境を調べるために、超新星放出ガスの様々な密度・冷却率に対してダスト形成計算を行った。その結果、隕石中で発見される0.5ミクロンより大きいサイズをもつAl2O3粒子は、球対称超新星モデルによって予想されるよりも一桁以上密度の高いガス中で形成される必要があることがわかった。これはつまり、超新星放出ガスは一様ではなく、非常に密度の高い塊状として不均質に分布していることを示唆する。プレソーラー粒子の測定されたサイズに基づいてその形成環境に制限を与えたのは、本研究が初めてである。
太陽系外にその起源をもつプレソーラー粒子が原始太陽系星雲に取り込まれるためには、星間空間中での破壊を生き延びる必要がある。そこで我々は、星間乱流中でのダスト同士の衝突破砕による0.1ミクロンより大きいダストの破壊のタイムスケールを見積もった。その結果、1ミクロンのSiC粒子の破壊のタイムスケールは約10億年となり、グラファイト粒子よりも20倍以上も長いことがわかった。この破壊のタイムスケールの違いは、SiC粒子は星間空間ではマイナーなダスト種であるにも関わらず隕石中でその存在量が高い、という事実を説明することができる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成27年度の当初の目標である「ストカスティック加熱の計算コードの開発」と「超新星ショックブレイクアウトによる星周ダストの蒸発」の研究は遂行することができなかった。しかしその一方で、平成26年度に行った星周ダストによるエコー放射の研究をIa型超新星に適用し、その星周ダストの存在量は非常に小さいことを明らかにした。そしてIa型超新星に対する異常な減光則は、星周ダストによる多重散乱ではなくその視線上にある超新星母銀河の星間ダストに起因すべきであることを示し、これまでの定説を覆した。Ia型超新星は宇宙の標準光源として使用されているため、超新星の減光則と星間ダストの性質の関係の研究は極めて重要である。
また平成27年度は、隕石中で発見される太陽系外ダストの直接的な遺産プレソーラー粒子の形成・破壊過程にも着目した。これまでのプレソーラー粒子の研究は、その同位体組成から形成天体の特定を模索するのみであったが、本研究では初めてそのサイズという物理的性質から天体でのダストの形成過程、星間空間でのダストの破壊過程に洞察を与えた。ただプレソーラー粒子の形成進化史を解明する上では、隕石母天体での生存可能性も探る必要がある。プレソーラー粒子は、星間ダストの進化だけでなく惑星系の形成過程にも重要な示唆を与えるため、天文学と地球惑星科学を横断的に迫ることができるユニークな研究対象である。
以上をまとめると、当初には予期していなかった2つの研究を遂行したため、平成27年度における当該の研究目標は達成できなかった。しかし平成27年度に行ったこれらの研究は、星周ダストをプローブとした超新星親星の質量放出史の理解、および重力崩壊型超新星による星間ダストの供給過程についての理解を大きく前進させるものであり、本研究課題に大きく関連している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、前年度に完遂できなかった「ストカスティック加熱計算コードの構築」の研究を進め、ストカスティック加熱を考慮した星周ダストによるエコー放射計算コードを完成させる。また、前年度から着手した課題「Ia型超新星の特異な減光則の起源」の研究を発展させるとともに、重力崩壊型超新星から放出されたダストの輸送過程を調べ、銀河ハロー中のダストの起源について迫ることを目的とする。
Ia型超新星の特異な減光則と星間ダストの性質 --- 我々はすばる望遠鏡/COMICSを用いて、M82で起こったIa型超新星SN 2014Jの爆発１年後の中間赤外線観測を行っている。まずはその観測結果を早急に解析し、星周ダストエコー計算結果と比較して、Ia型超新星の星周ダスト量に強い制限を与える。その一方で、Ia型超新星で観測されている特異な減光曲線から、超新星母銀河中の星間ダストの組成やサイズ分布を見積もる。Ia型超新星の減光則の研究は、宇宙論パラメータの正確な決定に必須なだけでなく、星間ダストの起源・進化を明らかにする上でも重要な課題である。
超新星から放出されるダストの輸送と銀河間ダストの起源の解明 --- 超新星およびAGB星から放出されたダストが銀河中のどの範囲まで広がることができるのかは、これまで全く研究されていない。特に近年、銀河ハロー部の希薄な領域にも大量のダストが存在することがわかってきており、このダスト量を説明するには銀河円盤上の星で形成されたダストがハローへと輸送されなければならない。本研究では、超新星爆発時に放出されたダストの星間空間中における輸送過程と破壊過程を整合的に取り扱い、超新星ダストの到達距離や銀河間ダストの起源を解明することを目的とする。
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| Causes of Carryover |
科研費助成金に次年度使用額が生じた主な理由は、本研究に必要な支出の一部を個人研究費でまかなうことができたためである。また平成28年度に一ヶ月ほど海外に滞在することが決定しているため、そのための十分な旅費を確保しておきたかったのも主な要因として挙げられる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度の5月から6月にかけての一か月間、アメリカのサンタバーバラで行われる長期国際会議プログラムに参加することになっているため、助成金の多くはその旅費・滞在費に充てられる。また、本助成金によってノートパソコンの購入を計画しているほか、平成28年度後半には国際会議への参加や国内研究会の開催も検討している。
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[Journal Article] Concurrent Formation of Carbon and Silicate Dust in Nova V1280 Sco2016
Author(s)
Itsuki Sakon, Shigeyuki, Sako, Takashi Onaka, Takaya Nozawa, Yuki Kimura, Takuya Fujiyoshi, Takashi Shimonishi, Fumihiko Usui, Hidenori Takahashi, Ryou Ohsawa, Akira Arai, Makoto Uemura, Takahiro Nagayama, Bon-Chul Koo, Takashi Kozasa
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 817
Pages: 145 (23pp)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Dust Processing in Elliptical Galaxies2015
Author(s)
Hiroyuki Hirashita, Takaya Nozawa, Alexa Villaume, Sundar Srinivasan
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Journal Title
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Volume: 454
Pages: 1620-1633
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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