| 研究課題/領域番号 |
23H00132
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分16:天文学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立天文台 |
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研究代表者 |
辻本 拓司 国立天文台, JASMINEプロジェクト, 助教 (10270456)
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| 研究分担者 |
平田 岳史 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10251612)
伊藤 正一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60397023)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2026年度)
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| 配分額 *注記 |
45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)
2026年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2025年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2024年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2023年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
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| キーワード | r過程元素 / 中性子星合体 / 超新星(磁気駆動型超新星、コラプサー) / 銀河風 / プレソーラー粒子 / 銀河系中心 / 連星系 / 同位体比異常 / 大マゼラン星雲 / リン / 超新星(強磁場超新星、コラプサー) / 隕石 / 矮小銀河 / ブラックホール / 超新星（強磁場超新星、コラプサー） |
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| 研究開始時の研究の概要 |
重力崩壊型超新星でのr過程元素合成の可能性が急浮上している。だが現状では、星の化学組成や銀河化学進化からの要請に過ぎず、その真偽の行方はベールに包まれている。そこで本研究では、隕石中にわずかに含まれる超新星由来の超微粒子(プレソーラー粒子)を独自のサンプリング技術を用いて抽出し、その個々の多元素同位体組成解読を遂行し、超新星でのr過程元素合成の決定的な証拠を捉えることを目標とする。 本研究は、世界最先端の化学分析技術・環境を有する研究組織と最新の元素合成理論・銀河化学進化論を融合させることから、r過程元素起源天体論争に終止符を打つものであり、宇宙が創生した元素の起源の全貌解明を果たすものである。
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| 研究実績の概要 |
r過程元素を合成する２つの超新星候補（磁気駆動型超新星・コラプサー）を一つに絞り込むことは重要である。それは、両者においてr過程元素が生成されるプロセスが核分裂反応が支配的であるか否かで異なるため、元素比・同位体比は異なることが予測され、r過程超新星由来粒子に刻まれる同位体比パターンはどちらの起源であるかに依存するからである。そこで、代表者辻本は、磁気駆動型超新星は連星系にあるという理論予測に着眼し、銀河の化学進化からその答えを検証した。まず、生命必須元素リンの起源が連星系進化の結果である新星だという仮説に基づき、リンの銀河系での化学進化を計算し、観測事実の再現に成功した。続いて、マゼラン望遠鏡による大マゼラン星雲でのリン組成を測定する観測を実行し、リンの含有量が銀河系より有意に低いことを、つまり、低い連星系率であることを突き止めた。一方、大マゼラン星雲でのr過程元素含有量は銀河系に比べ低くないという事実から、r過程超新星として連星系とは無縁のコラプサーが有望であることを明らかにした。
分担者平田氏は、これまでの実験を通じて隕石から7000個以上の微小白金粒子を抽出することができ、その結果、白金同位体に関しては同位体組成の異常は見られず、白金同位体が太陽系内あるいはそれ以前の粒子形成過程を通じて均質化されていることを明らかにした。さらに、チタン粒子に対しても高速質量分析を行った結果、2520粒子中で2粒子に関して測定の不確定性を越える同位体組成以上が観測された。
分担者伊藤氏は、隕石母体集積以前の情報に関連し、同位体および岩石学的情報と組み合わせることから、これまで報告されているものとは異なる化学的特徴を見出した。未分類なコンドライト隕石や隕石に含まれるクラスト様の物質に対して、開発した同位体イメージング手法によって新しい太陽系起源物質の特徴の推定を行う今後の方針を打ち立てた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題遂行において要となるr過程超新星候補の同定の引き金となった理論論文(Bekki & Tsujimoto 2024, ApJ Letters)が迅速に投稿受理されたという実績から、概ね順調に進展しているという判断が妥当である。なお、本研究成果はメディア（朝日、日経、NHK）に大きく取り上げられ、さらに、国立天文台からプレスリリースを行なったという事実と併せ、十分に評価に値すると判断できる。
また、分担者による始原粒子の発掘マイニングが順調に進んでいること、そして数千の微粒子を検出し、そのr過程元素（白金）の同位体比の導出にも成功していることから、当年度の業務遂行は十分に全うしたと言える。本成果の要は、分担者平田氏が質量分析計のイオン検出器を改造することで、微粒子の個別元素分析を実現し、個別同位体分析では1秒間に100粒子程度、個別全元素分析では1秒間に10粒子程度の高速分析が可能となり、隕石マトリックスに含まれる10000粒子程度の微粒子の網羅的分析を通して、元素・同位体情報の統計的取り扱いが可能となったことである。
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| 今後の研究の推進方策 |
宇宙に存在するr過程元素が中性子星合体と超新星(磁気駆動型超新星、コラプサー)の両者からそれぞれどの割合が、合成・放出されているかを正確に押さえることが、隕石分析に要求されるX粒子（超新星由来のプレソーラー粒子）の総数の評価において重要である。研究代表者辻本は、この評価を銀河の特殊な環境下でのr過程元素合成イベントに着目することから実行する。その一つが銀河系中心である。高密度状態での中性子星合体／超新星比を星の化学組成から解読し、星の密度の違いによる頻度比の差異の評価を通して、太陽近傍（つまりは隕石）におけるr過程に対する超新星の貢献率を導出する。一般に、銀河中心の観測は強い星間吸収のため困難を伴うが、中心から飛び出した近傍にある高速度星の化学組成を測るという斬新な手法を採用する。もう一つが真逆の密度の低い矮小銀河を対象とした研究である。昨年度に Subaru及びVLT望遠鏡での観測を実現できたため、今後そのデータ解析を進め、矮小銀河Fornax星の組成解読から、r過程元素の起源に迫る。
一方、研究分担者である平田氏は、今後は白金に加え、これまで分析が困難であった元素に関しても情報を引き出すことを目指す。微粒子に含まれる複数の元素の組成や同位体分析を系統的に調べることで、太陽系形成過程での元素均質化のメカニズムを調べると共に、対象とする隕石種を増やすことで、太陽系前駆物質の元素組成情報を引き出していく。
さらに、研究分担者である伊藤氏は、超新星起源粒子（X粒子）を大量に保持していることが報告されているアングループタイプの炭素質コンドライト隕石の岩石学的研究を実行する。それと同時に、電子顕微鏡、LAICPMS、SIMSによる超新星粒子の探索箇所の選定も引き続き行う。また、平田研究室設置（東大）のICP-TOF-MS分析を行うための、微粒子プレソーラー探索試料の選定も引き続き行う。
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