重元素の起源とコンパクト天体連星合体

• 研究課題/領域番号: 16K17706
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東邦大学
• 研究代表者: 関口 雄一郎 東邦大学, 理学部, 准教授 (50531779)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 元素合成 / 中性子星 / 重力波 / 一般相対性理論 / 数値相対論 / 連星中性子星 / 重元素 / 宇宙物理

研究成果の概要

中性子星連星の合体の一般相対論的シミュレーションを行い、合体のダイナミクスおよび合体後に形成される系の進化を明らかにするとともに、放出される物質の総量、熱力学的・化学的特性を定量的に評価した。得られたシミュレーションデータに基づく元素合成計算を行い、中性子星連星の合体において生成される重元素の組成を明らかにした。その結果、中性子星連星の合体は宇宙における重元素の有望な起源天体であることが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

1950年代の理論的研究の後、約半世紀にわたって、宇宙における重元素の起源天体は超新星爆発であると考えられてきた。2000年代に超新星爆発の研究が進み、超新星爆発では重元素を効率的に生成することが難しいことが明らかとなり、代わって注目をされたのが中性子星連星の合体である。本研究結果は、重元素の起源が中性子星連星の合体であるとするこの仮設を強く支持するものである。今後のさらなる研究によって、半世紀以上にわたるこの謎に決着がつく可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Mass ejection from disks surrounding a low-mass black hole: Viscous neutrino-radiation hydrodynamics simulation in full general relativity (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujibayashi Sho、Shibata Masaru、Wanajo Shinya、Kiuchi Kenta、Kyutoku Koutarou、Sekiguchi Yuichiro
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 号: 8 ページ: 083029-083029
  • DOI: 10.1103/physrevd.101.083029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 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 ratio (2020)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi, K., Kawaguchi, K., Kyutoku, K., Sekiguchi, Y., & Shibata, M.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 号: 8 ページ: 84006-84006
  • DOI: 10.1103/physrevd.101.084006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Global simulations of strongly magnetized remnant massive neutron stars formed in binary neutron star mergers (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiuchi Kenta、Kyutoku Koutarou、Sekiguchi Yuichiro、Shibata Masaru
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 号: 12 ページ: 124039-124039
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.124039
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mass Ejection from the Remnant of a Binary Neutron Star Merger: Viscous-radiation Hydrodynamics Study (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujibayashi Sho、Kiuchi Kenta、Nishimura Nobuya、Sekiguchi Yuichiro、Shibata Masaru
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 860 号: 1 ページ: 64-64
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aabafd
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neutrino transport in black hole-neutron star binaries: Neutrino emission and dynamical mass ejection (2018)
  • 著者名/発表者名: Kyutoku Koutarou、Kiuchi Kenta、Sekiguchi Yuichiro、Shibata Masaru、Taniguchi Keisuke
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 97 号: 2 ページ: 023009-023009
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.023009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Properties of Kilonovae from Dynamical and Post-Merger Ejecta of Neutron Star Mergers (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Kato, D., Gaigalas, G., Rynkun, P., Radziute, L., Wanajo, S., Sekiguchi, Y., Nakamura, N., Tanuma, H., Murakami, I., Sakaue, H. A.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 852 号: 2 ページ: 109-109
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa0cb
  • NAID: 120007180031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exploring Physics of Neutron Star Matter by Gravitational Waves (2018)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi Yuichiro
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 20 ページ: 011045-011045
  • DOI: 10.7566/jpscp.20.011045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling GW170817 based on numerical relativity and its implications (2017)
  • 著者名/発表者名: Shibata Masaru、Fujibayashi Sho、Hotokezaka Kenta、Kiuchi Kenta、Kyutoku Koutarou、Sekiguchi Yuichiro、Tanaka Masaomi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 12 ページ: 123012-123012
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.123012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Properties of Neutrino-driven Ejecta from the Remnant of a Binary Neutron Star Merger: Pure Radiation Hydrodynamics Case (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujibayashi Sho、Sekiguchi Yuichiro、Kiuchi Kenta、Shibata Masaru
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 846 号: 2 ページ: 114-114
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamical mass ejection from the merger of asymmetric binary neutron stars: Radiation-hydrodynamics study in general relativity (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Masaru Shibata, and Keisuke Taniguchi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 12 ページ: 124046-124046
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.124046
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gravitational waves from supermassive stars collapsing to a supermassive black hole (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaru Shibata, Yuichiro Sekiguchi, Haruki Uchida, and Hideyuki Umeda
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 号: 2 ページ: 021501-021501
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.021501
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Lectures on Physics of Gravitational Waves from Neutron Star Merger (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: The 8th Huada School on QCD
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 連星中性子星合体とrプロセス元素合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関口雄一郎
  • 学会等名: 原子核物理でつむぐrプロセス
  • 招待講演
• [学会発表] Compact binary coalescence physics (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: 16th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physic
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 数値相対論：数値流体計算と比較して (2019)
  • 著者名/発表者名: 関口雄一郎
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2019
  • 招待講演
• [学会発表] Constraining EOS of NS : achievements in GW170817 and future prospects (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Quarks and Compact Stars 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] GW170817: Observations and Modelling (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: The international workshop on nuclear physics for astrophysical phenomena
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] GW170817: Multi-messenger Observations and Modelling (2019)
  • 著者名/発表者名: 関口雄一郎
  • 学会等名: 高エネルギー突発現象の多波長・多粒子観測と理論
  • 招待講演
• [学会発表] GW170817: Observations and Modelling (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Origin of Elements and Cosmic Evolution: From Big-Bang to Supernovae and Mergers
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 連星中性子星合体と現実的な数値相対論 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関口雄一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Impact of GW170817 on the NS-matter equation of state (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: YKIS2018b Symposium : Recent Developments in Quark-Hadron Sciences
  • 招待講演
• [学会発表] Numerical relativity: generating space-time on computers (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: The 11th Mathematical Society of Japan (MSJ) Seasonal Institute (SI)
  • 招待講演
• [学会発表] 連星合体からの重力波で探る高密度天体 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関口雄一郎
  • 学会等名: 第31回 理論懇シンポジウム「宇宙物理の標準理論：未来へ向けての再考」
  • 招待講演
• [学会発表] Properties of the dynamical ejecta in binary neutron star merger and r-process nucleosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting (EANAM 2018)
• [学会発表] GW170817 : Observations and Theoretical modelling (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Physics of Core-Collapse Supernovae and Compact Star Formations
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring physics of neutron star matter by gravitational waves (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Quarks and Compact Stars 2017
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所(京都府京都市)
  • 年月日: 2017-02-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gravitational waves and the nuclear equation of state (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Quark Matter 2017
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2017-02-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Numerical Relativity simulations of neutron-star binaries in Kyoto group (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Hot Topics in General Relativity and Gravitation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 連星中性子星の質量分布に基づく合体時放出物質の平均的性質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 関口雄一郎
  • 学会等名: 天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] Dynamical Mass Ejection from BNS Mergers and r-Process Nucleosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Neutron Star Mergers and Galactic Chemical Evolution
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] GW170817: A Modelling Based on Numerical Relativity (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Sekiguchi
  • 学会等名: Hadron and Nuclear physics workshop 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超大質量星の重力崩壊に伴う重力波放射 (2016)
  • 著者名/発表者名: 関口雄一郎, 柴田大, 打田 晴輝, 梅田秀之
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学木花キャンパス(宮崎県宮崎市)
  • 年月日: 2016-09-24