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2015 Fiscal Year Research-status Report

中性子星合体におけるrプロセス元素合成と重力波対応天体

Research Project

Project/Area Number 26400237
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

和南城 伸也  上智大学, 理工学部, 准教授 (30327879)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 関口 雄一郎  東邦大学, 理学部, 講師 (50531779)
石丸 友里  国際基督教大学, 教養学部, 准教授 (90397068)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2019-03-31
Keywords中性子星合体 / rプロセス / 重力波対応天体 / 銀河化学進化 / 原子核反応
Outline of Annual Research Achievements

中性子星合体の数値シミュレーションとrプロセス元素合成計算、そして銀河化学進化の数値計算を行った。また、元素合成の結果を用いて、中性子星合体から予想される電磁波放射の計算を行った。
中性子星合体のシミュレーションについては、5通りの中性子星質量の組(1.25-1.45, 1.30-1.40, 1.33-1.37, 1.35-1.35; 数字は太陽質量を単位とした)および2つの高密度状態方程式 (SFHo, DD2) について行った。その結果、中性子星質量の組み合わせや状態方程式により、放出物質の質量や中性子過剰率が有意に異なることが明らかになった。また、合計10通りの中性子星合体モデルについて、rプロセス元素合成の計算に着手した(現在継続中)。
銀河の化学進化については、前年度までにすでに得られている中性子星合体と元素合成計算の結果を銀河モデルに適用し、宇宙初期(最初の数億年程度)におけるrプロセス元素(ユーロピウム、金、ウランなど)の銀河進化の数値計算を行った。その結果、銀河系の構造形成を考慮すると、観測されている銀河初期のrプロセス元素の存在は中性子星合体が起源であれば説明できることを明らかにした。
中性子星合体からの電磁波放射については、重力波対応天体の探索に向けた研究を行った。これまでに得られた元素合成の計算結果をもとに、核崩壊によるガンマ線および光赤外放射の数値計算を行った。その結果、現在および近い将来に打ち上げが予定されているX線・ガンマ線天文衛星を用いた場合、比較的近傍での中性子星合体からでないと検出は難しことが明らかになった。一方、光赤外放射については比較的遠方の中性子星合体からでも現在の大型望遠鏡による検出が可能であり、重力波望遠鏡で中性子星合体からの重力波が検出された場合、最も観測可能性の高い電磁波対応天体になりうることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

現在のところ、ほぼ研究計画通り進展している。

Strategy for Future Research Activity

米国の重力波望遠鏡LIGOによりブラックホール連星からの重力波が検出されたことにより、今後は特に、重力波対応天体からの電磁波放射予測に重点を置いた研究を進める。まず、現状の10通りの中性子星合体モデルについてのrプロセス元素合成計算を優先的に実行し、それをもとに、中性子星合体からの光赤外放射の計算を行う。その数値計算結果をデータベース化し、LIGO, Virgo, KAGRAなどの重力波望遠鏡で重力波が検出された際に、電磁波対応天体の探索に直ちに役立つように体制を整える。対応天体が発見された場合、光赤外観測の結果から、その合体現象に対応する中性子星の質量の組み合わせを特定し、また、高密度状態方程式の制限に役立てる。
そして、当初の計画に沿って、様々な質量のブラックホール・中性子星合体の数値シミュレーションを行い、それぞれのモデルについてrプロセス元素合成の計算を行う。銀河進化および電磁波対応天体の数値計算についても同様に行う。

Causes of Carryover

次年度に複数の海外渡航のための旅費が必要になることが見込まれ、ハードディスク等一部の物品購入を保留にしたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度の助成金と合わせて、予定されている米国(6月)およびフランス(9月)への渡航旅費に充当する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Radioactive decay products in neutron star merger ejecta: heating efficiency and γ-ray emission2016

    • Author(s)
      Hotokezaka, K.; Wanajo, S.; Tanaka, M.; Bamba, A.; Terada, Y.; Piran, T.
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 459 Pages: p.35-43

    • DOI

      10.1093/mnras/stw404

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The r-process in black hole-neutron star mergers based on a fully general-relativistic simulation2016

    • Author(s)
      Nishimura, N.; Wanajo, S.; Sekiguchi, Y.; Kiuchi, K.; Kyutoku, K.; Shibata, M.
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 665 Pages: 012059, 3pp

    • DOI

      10.1088/1742-6596/665/1/012059

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] HST/STIS abundances in the uranium rich metal poor star CS 31082-001: Constraints on the r-Process2016

    • Author(s)
      Siqueira-Mello, C.; Spite, M.; Barbuy, B.; Spite, F.; Caffau, E.; Hill, V.; Wanajo, S.; Primas, F.; Plez, B.; Cayrel, R.; Andersen, J.; Nordstroem, B.; Sneden, C.; Beers, T. C.; Bonifacio, P.; Francois, P.; Molaro, P.
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 665 Pages: 012056, 5pp

    • DOI

      10.1088/1742-6596/665/1/012056

    • Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] NEUTRON STAR MERGERS AS THE ORIGIN OF r-PROCESS ELEMENTS IN THE GALACTIC HALO BASED ON THE SUB-HALO CLUSTERING SCENARIO2015

    • Author(s)
      Yuhri Ishimaru , Shinya Wanajo , and Nikos Prantzos
    • Journal Title

      Astrophysical Journal Letters

      Volume: 804 Pages: L35 (5pp)

    • DOI

      10.1088/2041-8205/804/2/L35

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] IMPACT OF NEUTRINO FLAVOR OSCILLATIONS ON THE NEUTRINO-DRIVEN WIND NUCLEOSYNTHESIS OF AN ELECTRON-CAPTURE SUPERNOVA2015

    • Author(s)
      Else Pllumbi , Irene Tamborra , Shinya Wanajo , Hans-Thomas Janka , and Lorenz Huedepohl
    • Journal Title

      Astrophysical Journal

      Volume: 808 Pages: 188 (19pp)

    • DOI

      10.1088/0004-637X/808/2/188

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] The r-process in the ejecta of neutron star mergers2015

    • Author(s)
      Shinya Wanajo
    • Organizer
      Symposium on ‘Quarks to Universe in Computational Science
    • Place of Presentation
      奈良春日野国際フォーラム(奈良県・奈良市)
    • Year and Date
      2015-11-04 – 2015-11-08
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The r-process and electromagnetic emission from neutron star mergers2015

    • Author(s)
      Shinya Wanajo
    • Organizer
      GRB Workshop 2015
    • Place of Presentation
      理化学研究所(埼玉県・和光市)
    • Year and Date
      2015-08-31 – 2015-09-02
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Nucleosynthesis of r-process elements in the ejecta from supernovae and neutron star mergers2015

    • Author(s)
      Shinya Wanajo
    • Organizer
      First stars, galaxies, and black holes: Now and Then
    • Place of Presentation
      University of Groningen (Groningen, Netherlands)
    • Year and Date
      2015-06-15 – 2015-06-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nucleosynthesis with multi-dimensional supernova models2015

    • Author(s)
      Shinya Wanajo
    • Organizer
      F.O.E. Fifty-One Erg
    • Place of Presentation
      North Carolina State University (Raleigh, USA)
    • Year and Date
      2015-06-01 – 2015-06-05
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 超新星ニュートリノ加熱物質中の元素合成2015

    • Author(s)
      和南城伸也
    • Organizer
      宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2015-05-15 – 2015-05-17
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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