種族IIIの星の正体をその元素合成と極端な金属欠乏星の科学組成とから探る研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540223
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 野本 憲一 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90110676)
• 研究分担者: 鈴木 知治 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (20280935)
• キーワード: 星の種族 / 星の化学組成 / 超新星 / 極超新星 / 元素合成 / 鉄 / 銀河の化学進化

研究概要

本研究は、宇宙の進化における第一世代の星、すなわち、重元素を含まない種族IIIとよばれる星の正体を、星の化学組成の観点から、理論的に解明することを目的としている。特に着目したのは、最近発見された、金属量が太陽の十万分の1以下という極端に少ない星の化学組成のパターンである。この星はFeに対してCとNが太陽組成比より極端に大きく、Mgより重い元素とFeの比は、太陽組成比に近い。このような特異なパターンには、種族IIIの星の元合成が大きく反映されていると思われる。今年度は、種族IIIの星の爆発を、球対称の超新星爆発の場合だけでなく、軸対称のBipolar的爆発の場合に拡張して、広い範囲の質量や爆発エネルギーに対して計算し、その元素合成の特徴と上記のような観測の説明に適用した。
1)Feに対してCとNが太陽組成比より極端に大きいという特徴は、大質量星の超新星爆発の際に、大規模なfallbackが起って、鉄属元素の大部分がブラックホールに落ち込み、fallback前に起ったと想定されるmixingによって、鉄がわずかに放出されたというモデルでよく説明できる。
2)単に上記の星だけでなく、mixing-fallback regionの違いによって、C-rich metal-poor starsの元素組成を統一的に説明できた。
3)このようなfallbackが起きていることは、第一世代の超新星の多くでは、ブラックホールが形成されることを示唆する。
4)Bipolar的な爆発が起きた場合は、中心部で合成された鉄が少量表面に到達して放出されることで、上記のmixing-fallback processと同等の現象が起こる。

研究成果

• [文献書誌] Umeda, H., Nomoto, K.: "First-generation black-hole-forming supernovae and the metal abundance pattern of a very iron-poor star"Nature. 422. 871-873 (2003)
• [文献書誌] Maeda, K., Nomoto, K.: "A Bipolar Supernova Explosions : Nucleosynthesis & Implication on Abundances in Extremely Metal-Poor Stars"Astrophys.J.. 598. 1163-1200 (2003)
• [文献書誌] Maeda, K., Mazzali, P.A., Deng, J., Nomoto, K.: "A Two-Component Model for Light Curves of Hypernovae"Astrophys.J.. 593. 931-940 (2003)
• [文献書誌] Mazzali, P.A., Deng, J., Tominaga, N., Maeda, K., Nomoto, K., Matheson, T., Kawabata, K.S., Stanek, K.Z., Garnavich, P.M.: "The Type Ic Hypernova SN 2003dh/GRB 030329"Astrophys.J.. 599. L95-L98 (2003)
• [文献書誌] Nozawa, T., Kozasa, T., Umeda, H., Maeda, K., Nomoto, K.: "Dust in the Early Universe : Dust Formation in the Ejecta of Population III Supernovae"Astrophys.J.. 598. 785-803 (2003)
• [文献書誌] Nakasato, N., Nomoto, K.: "3-D Simulations of the Chemical and Dynamical Evolution of the Galactic Bulge"Astrophys.J.. 588. 842-851 (2003)