第一世代の天体探査と宇宙黎明期の恒星の研究

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15204010
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 藤本 正行 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00111708)
• 研究分担者: 野本 憲一 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90110676) ; 吉井 譲 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00158388) ; 青木 和光 国立天文台, 光赤外天文学研究部, 助手 (20321581) ; 辻 隆 東京大学, 大学院・理学系研究科, 名誉教授 (20011546) ; 小林 行泰 国立天文台, 光赤外天文学研究部, 教授 (50170361)
• キーワード: 恒星進化 / 超新星爆発 / 元素組成 / 核種合成 / 恒星分光 / 恒星大気構造 / 初期宇宙 / 星形成

研究概要

昨年度に続いて、宇宙黎明期の恒星について観測、理論の両面から理解を進めた。分担者の青木がPを務めるすばる望遠鏡を用いた超金属欠乏星の化学組成研究のための観測プログラムが完了、測定を進めた。我々の発見した最も鉄組成の少ない星HE1327-2326の詳細な化学組成解析を行った他、金属量分布、炭素過剰を示す星の割合などに示唆を与える結果を得た。これを受け理論的に、超金属欠乏の低質量星の生き残りが示す炭素過剰星等の特異な組成の起源を進化の理論に基づいて解明、超金属欠乏星の初期質量関数を推定した。これは、宇宙黎明期の恒星の質量分布を決めた最初の試みで、今後、銀河系の形成、初期進化の新たな描像を議論する基礎となる(藤本、須田)。
大質量星に関しては、第一世代星の候補の一つと考えられる太陽の500〜1000倍の巨大質量星が進化、重力崩壊して中質量ブラックホールを形成する過程で、どのような元素を放出するかを、2次元ジェット状爆発モデルに基づいて明らかにした。鉄や珪素に比して酸素の比が極端な金属欠乏星の化学組成より小さいが、逆に、中質量ブラックホールが観測されたM82の高温ガスや、銀河団ガス、銀河間ガスの化学組成など、通常の星だけでは説明できない組成を説明することができる。この質量範囲の星は、これまで宇宙の化学進化の研究ではほとんど考慮されてこなかったが、第一世代星と巨大・中質量ブラックホールの形成との関連を考える上で、考慮にいれるべきであるという結論に達した(野本、鈴木)。
これら宇宙初期の恒星と関連して、MAGNUM望遠鏡により宇宙黎明期のガンマ線バーストの光学残光観測探査を行ない、赤方偏移6.29のGRBO50904の光学残像の観測に成功した(吉井、小林)。また、球状星団の恒星の観測面、理論面での研究(青木、藤本、須田)、赤色巨星大気の分析等の研究面(辻)でも進展を見た。

研究成果

• [雑誌論文] HE1327-2326, an unevolved star with $[(rm Fe)/(rm H)]<-5.0$.l.A Comprehensive Abundance Analysis (2006)
  • 著者名/発表者名: W.Aoki, A.Frebel et al.
  • 雑誌名: Astrophys.J. 639・2 ページ: 897-917
• [雑誌論文] Various Modes of Helium Mixing in Globular Cluster Giants and Their Effects on the Horizontal Morphology (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Suda, Masayuki Y.Fujimoto
  • 雑誌名: Astrophys.J (印刷中)
• [雑誌論文] The Oxygen Abundance of HE 1327-2326 (2006)
  • 著者名/発表者名: Frebel, A., Christlieb, N., Norris, J.E., Aoki, W., Asplund, M.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 638・1 ページ: L17-L20
• [雑誌論文] Mg isotope ratios in giant stars of the globular clusters M 13 and M 71 (2006)
  • 著者名/発表者名: Yong, D., Aoki, W., Lambert, D.L.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 638・2 ページ: 1018-1027
• [雑誌論文] Rubidium and lead abundances in giant stars of the globular clusters M 13 and NGC6752 (2006)
  • 著者名/発表者名: Yong, D., Aoki, W., Lambert, D.L., Paulson, D.B.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 639・2 ページ: 918-928
• [雑誌論文] Neutron-capture elements in the very metal-poor star HD 122563 (2006)
  • 著者名/発表者名: Honda, S., Aoki, W., Ishimaru, Y., Wanajo, S., Ryan, S.G.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal (印刷中)
• [雑誌論文] Enrichment of Very Metal Poor Stars with Both r-Process and s-Process Elements from 8-10 M_odot Stars (2006)
  • 著者名/発表者名: Wanajo, S., Nomoto, K., Iwamoto, N., Ishimaru, Y., Beers, T.C.
  • 雑誌名: ApJ 636・2 ページ: 842-847
• [雑誌論文] The Optical/Near-Infrared Light Curves of SN 2002ap for the First 1.5 Years after Discovery (2006)
  • 著者名/発表者名: Tomita, H., Deng, J., Maeda, K., Yoshii, Y., et al.
  • 雑誌名: ApJ 印刷中
• [雑誌論文] Nucleosynthetic signatures of the first stars (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Frebel, W.Aoki et al.
  • 雑誌名: Nature 434・7035 ページ: 871-873
• [雑誌論文] Low-Mass Star Formation, Triggered by Supernova in Primordial Clouds (2005)
  • 著者名/発表者名: Masahiro N.Machida, Kohji Tomisaka, Fumitaka Nakamura, Masayuki Y.Fujimoto
  • 雑誌名: Astrophys.J. 622・1 ページ: 39-57
• [雑誌論文] Carbon Burning in Intermediate Mass Primordial Stars (2005)
  • 著者名/発表者名: Pilar Gil-Pons, Takuma Suda, Masayuki Y.Fujimoto, Enrique Garcia-Berro
  • 雑誌名: Astron.Astrophys 433・3 ページ: 1037-1046
• [雑誌論文] Spectroscopic Studies of Very Metal-poor Stars with the Subaru High Dispersion Spectrograph. III.Light Neutron-Capture Elements (2005)
  • 著者名/発表者名: Aoki, W., Honda, S., et al.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 632・1 ページ: 611-637
• [雑誌論文] The Origins of Two Classes of Carbon-enhanced, Metal-poor Stars (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryan, S.G., Aoki, W., Norris, J.E., Beers, T.C.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 635・1 ページ: 349-354
• [雑誌論文] The Unique Type Ib Supernova 2005bf : A WN Star Explosion Model for Peculiar Light Curves and Spectra (2005)
  • 著者名/発表者名: Tominaga, N., Tanaka, M., Nomoto, K., Mazzali, P.A., Deng, J., Maeda, K., Umeda, H.
  • 雑誌名: ApJ 633・2 ページ: L97-L100
• [雑誌論文] Precursors and Main Bursts of Gamma-Ray Bursts in a Hypernova Scenario (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, H., Tominaga, N., Maeda, K., Nomoto, K.
  • 雑誌名: ApJ 633・1 ページ: L125-L128
• [雑誌論文] The Peculiar Type Ib Supernova SN 2005bf : Explosion of a Massive He Star with a Thin Hydrogen Envelope? (2005)
  • 著者名/発表者名: Anupama, G.C., Sahu}, D.K., Deng, J., Nomoto, K., et al.
  • 雑誌名: ApJ 631・2 ページ: 1039-1050
• [雑誌論文] Si Isotopic Ratios in Supernovae for Presolar Grains (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, T., Umeda, H., Nomoto, K.
  • 雑誌名: ApJ 631・2 ページ: 1039-1050
• [雑誌論文] The First Chemical Enrichment in the Universe and the Formation of Hyper Metal-Poor Stars (2005)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, N., Umeda, H., Tominaga, N., Nomoto, K., Maeda, K.
  • 雑誌名: Science 309 ページ: 451-453
• [雑誌論文] Nucleosynthesis in Hypernovae and Population III Supernovae (2005)
  • 著者名/発表者名: Nomoto, K., Tominaga, N., Umeda, H., Maeda, K., Ohkubo, T., Deng, J.
  • 雑誌名: Nulear Physics A 758 ページ: 263c-271c
• [雑誌論文] Hypernovae and Gamma-Ray Bursts (2005)
  • 著者名/発表者名: Nomoto, K., Maeda, K., Tominaga, N., Ohkubo, T., Deng, J., Mazzali, P.A.
  • 雑誌名: Ap&SS 298・1-2 ページ: 81-86
• [雑誌論文] An Asymmetric Energetic Type Ic Supernova Viewed Off-Axis, and a Link to Gamma Ray Bursts (2005)
  • 著者名/発表者名: Mazzali, P.A., Kawabata, K.S., Maeda, K., Nomoto, K.
  • 雑誌名: Science 308 ページ: 1284-1287
• [雑誌論文] On the Light Curve and Spectrum of SN 2003dh Separated from the Optical Afterglow of GRB 030329 (2005)
  • 著者名/発表者名: Deng, J., Tominaga, N., Mazzali, P.A., Maeda, K., Nomoto, K.
  • 雑誌名: ApJ 624・2 ページ: 898-905
• [雑誌論文] Dust in the Photospheric Environment III. A Fundamental Element in the Characterization of Ultracool Dwarfs (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, T.
  • 雑誌名: ApJ 621・2 ページ: 1033-1048
• [雑誌論文] Forty Years of Spectroscopic Stellar Astrophysics in Japan (2005)
  • 著者名/発表者名: Sadakane, K., Hirata, R., Tsuji, T.
  • 雑誌名: PASJ 57・1 ページ: 1-12