爆発的天体現象における放射性重元素合成と宇宙・銀河年齢

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640313
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 梶野 敏貴 国立天文台, 理論天文学研究系, 助教授 (20169444)
• 研究分担者: 本林 透 理化学研究所, 主任研究員 (20116114) ; 安藤 裕康 国立天文台, 光学赤外線天文学・観測システム研究系, 教授 (90111559) ; 千葉 柾司 国立天文台, 位置天文・天体力学研究系, 助教授 (50217246) ; 住吉 光介 沼津工業高等専門学校, 助教授 (30280720) ; 谷畑 勇夫 理化学研究所, 主任研究員 (10089873)
• キーワード: 宇宙年齢 / 超新星爆発 / ニュートリノ / 金属欠乏星 / 放射性重元素 / 銀河の化学進化 / Rプロセス / Sプロセス

研究概要

超新星爆発における速い中性子捕獲反応(R-プロセス)、および、小中質量晩期型AGB星における遅い中性子捕獲反応(S-プロセス)による重元素合成の理論・観測・実験研究を行った。超新星爆発の際に発生するニュートリノ駆動風の理論モデルの精巧化に努め、大型科学計算機を駆使した爆発流体のシミュレーション、および、元素合成過程の理論数値シミユレーシヨンを実行して、爆発的R-プロセスの詳細を研究した。昨年までのわれわれの理論モデルでは、原始中性子星の質量が2倍太陽質量程度でないと、十分高いエントロピーと短い膨張タイムスケールを実現できなかったが、ニュートリノ駆動風の外部境界条件を適正に選ぶことによって、1.4倍太陽質量の典型的な中性子星を残すような超新星爆発モデルでもR-プロセス元素合成が成功することを明らかにした。理論計モデルの精巧化に必要とされる原子核反応データは、理化学研究所や東京大学原子核科学センターをはじめとする原子核・素粒子実験施設における物理実験で取得した。また、ゼロメタルの始源ガスからの星の進化モデルを構築することによって、小中質量晩期型AGB星におけるS-プロセス元素合成を研究した。天文観測で発見された太陽系の1000分の1程度の金属量しか含まない初期世代星の観測と比較し、従来のインターパルス間に起きるとされるS-プロセスでは、Ba量に規格化した場合、極端に低いSr-Y-Zr量と太陽系程度にレギュレートされたPb量を説明できないことを観測・理論で明らかにした。従来の理論モデルに代わって、ヘリウム燃焼パルス中に大量の中性子が発生してS-プロセスが進行するという新しい理論モデルを提唱した。これを検証するため、すばる望遠鏡を用いた金属欠乏星の天文観測を行った。

研究成果

• [文献書誌] T.Kajino, et al.: "Recent Progress in Cosmology and Nuclear Astrophysics"Prog.Theor.Phys.Suppl.. 146. 247-257 (2002)
• [文献書誌] S.G.Ryan, et al.: "Rapid rotation of ultra-Li-depleted halo stars and their association with blue stragglers"Astrophys.J.. 571. 501-511 (2002)
• [文献書誌] M.A.Famiano, et al.: "Light element nucleosynthesis from jet interactions in active galactic nuclei"Astrophys.J.. 576. 89-100 (2002)
• [文献書誌] M.Terasawa, et al.: "R-process nucleosynthesis in neutrino-driven winds from a typical neutron star with M=1.4Msolar"Astrophys.J.Lett.. 578. 137-140 (2002)
• [文献書誌] M.Orito, et al.: "Constraints on Neutrino Degeneracy from the Cosmic Microwave Background and Primordial Nucleosynthesis"Phys.Rev.. D65. 123504-1-123504-7 (2002)
• [文献書誌] T.Kajino: "Cosmological Nucleosynthesis in the Big-Bang and Supernovae"J.Nucl.Sci.&Tech.Suppl.. II. 530-535 (2002)
• [文献書誌] N.Yahiro, et al.: "Constraints on Cosmic Quintessence and quintessential inflation"Phys.Rev.. D65. 063502-1-063502-9 (2002)
• [文献書誌] W.Aoki, et al.: "Chemical composition of carbon-rich, very metal-poor subgiant LP625-44 observed with the Subaru/HDS"Pub.Astron.Soc.Japan. 54. 427-449 (2002)
• [文献書誌] K.Ichki, et al.: "Observational constraints on dark radiation in brane cosmology"Phys.Rev.. D66. 043521-1-043521-5 (2002)
• [文献書誌] K.Sumiyoshi, H.Utsunomiya, S.Goko, T.Kajino: "Astrophysical reaction rate for α (αn, γ) 9Be by photodisintegration"Nucl.Phys.. A709. 467-486 (2002)
• [文献書誌] S.Okamura, et al.: "Candidates for intracluster planetary nebulae on the Virgo Cluster based on the Suprime-Cam Narrow-Band Imaging in O[III] and Hα"Pub.Astron.Soc.Japan. 54. 883-889 (2002)
• [文献書誌] N.Iwamoto, et al.: "Discovery of Early Generation S-Process Star and the Nucleosynthesis"J.Ncl.Sci.&Tech.Suppl.. II. 554-557 (2002)