初期世代星の大規模分光観測による初代星の質量分布と銀河形成へのインパクトの解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02168
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 青木 和光 国立天文台, TMT推進室, 准教授 (20321581)
• 研究分担者: 藤本 正行 北海学園大学, 工学部, 客員研究員 (00111708) ; 冨永 望 甲南大学, 理工学部, 教授 (00550279) ; 野本 憲一 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 上級科学研究員 (90110676) ; 小笹 隆司 北海道大学, 理学研究院, 特任教授 (90263368) ; 須田 拓馬 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (90374735)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 金属欠乏星 / 超新星 / 化学進化 / ダスト / 銀河系

研究実績の概要

・LAMOSTによる探査で検出された金属欠乏星候補をすばる望遠鏡を用いて高分散分光観測し、初代星のつくった化学組成をとどめているとみられる炭素過剰星の組成を詳細に決定し、起源天体の質量を25太陽質量程度と推定した。またα元素が相対的に少なくr過程元素が過剰な天体を同定し、矮小銀河が比較的進化の進んだ後に天の川銀河に合体した証拠を得ることに成功した。
・構築してきた金属欠乏星データベースに、新たに公表された位置天文衛星ガイアのデータを取り込み、星の銀河系内の位置や軌道運動の情報を化学組成と合わせて取り扱うことを可能にした。
・初代星の重力崩壊型超新星における元素合成とデータベース化された金属欠乏星の組成を比較し、初代星の初期質量関数は25太陽質量程度にピークを持つという、初代星形成シミュレーションの結果とも一致する結果を得た。また、超新星元素合成モデルと準解析的初代星形成モデルを用い、第二世代星を選び出すために有用な元素組成比を提案した。一方、重力波の起源である重いブラックホールの親星候補として80～140太陽質量の初代星の大規模脈動段階の進化計算を行い、これらの星は炭素・酸素のコアの一部をも放出した後に崩壊して50太陽質量までのブラックホールを形成し、超高輝度超新星になることを示した。
・AGB段階での組成変化を考慮した低金属中質量星の進化計算を行い、形成されるダスト量の初期質量・金属量依存性を明らかにした。また中小質量星の赤色巨星段階以降の進化において磁気駆動星風が持続的に起き、それによりダストが形成され星風が駆動されることを示した。
・金属欠乏の環境でのs-過程元素合成理論と炭素過剰星の組成の金属量依存性から導いた連星形成史への制約などから、星形成へのダストの影響は低金属量でも現れるが、小質量星は主に連星系で形成され、全体として初期質量関数は大質量中心のままとなることを示した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 中国国家天文台(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国国家天文台
• [国際共同研究] ノートルダム大学/マサチューセッツ工科大学/カリフォルニア大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ノートルダム大学/マサチューセッツ工科大学/カリフォルニア大学
• [国際共同研究] ハートフォーシャ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ハートフォーシャ大学
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルグ大学
• [国際共同研究] ラ・セレナ大学(チリ)
  • 国名: チリ
  • 外国機関名: ラ・セレナ大学
• [雑誌論文] Origin of the Excess of High-energy Retrograde Stars in the Galactic Halo (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuno Tadafumi、Aoki Wako、Suda Takuma
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 874 ページ: L35～L35
  • DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab0ec0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Final evolution of super-AGB stars and supernovae triggered by electron capture (2019)
  • 著者名/発表者名: Leung Shing-Chi、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Australia 巻: 36 ページ: 6～6
  • DOI: 10.1017/pasa.2018.49
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for the accretion origin of halo stars with an extreme r-process enhancement (2019)
  • 著者名/発表者名: Xing Qian-Fan、Zhao Gang、Aoki Wako、Honda Satoshi、Li Hai-Ning、Ishigaki Miho N.、Matsuno Tadafumi
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: April ページ: online
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0764-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tracing the Origin of Moving Groups. II. Chemical Abundance of Six Stars in the Halo Stream LAMOST-N1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhao J. K.、Zhao G.、Aoki W.、Ishigaki M. N.、Suda T.、Matsuno T.、Shi J. R.、Xing Q. F.、Chen Y. Q.、Oswalt Terry D.、Kong X. M.、Liang X. L.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 868 ページ: 105～105
  • DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aae712
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LAMOST J221750.59+210437.2: A new member of carbon-enhanced extremely metal-poor stars with excesses of Mg and Si (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki Wako、Matsuno Tadafumi、Honda Satoshi、Ishigaki Miho N、Li Haining、Suda Takuma、Kumar Yerra Bharat
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 94～94
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pasj/psy092
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tracing the Origin of Moving Groups. I. The γ Leo Moving Group with High-resolution Spectra from the Subaru Telescope (2018)
  • 著者名/発表者名: Liang X. L.、Zhao J. K.、Zhao G.、Aoki W.、Ishigaki M. N.、Matsuno T.、Chen Y. Q.、Kong X. M.、Shi J. R.、Xing Q. F.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 863 ページ: 4～4
  • DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aacf8a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Descendants of the first stars: the distinct chemical signature of second-generation stars (2018)
  • 著者名/発表者名: Hartwig Tilman、Yoshida Naoki、Magg Mattis、Frebel Anna、Glover Simon C O、G?mez Facundo A、Griffen Brendan、Ishigaki Miho N、Ji Alexander P、Klessen Ralf S、O’Shea Brian W、Tominaga Nozomu
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 478 ページ: 1795～1810
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1176
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Initial Mass Function of the First Stars Inferred from Extremely Metal-poor Stars (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Miho N.、Tominaga Nozomu、Kobayashi Chiaki、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 857 ページ: 46～46
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aab3de
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Constraints on the chemical enrichment history of the Perseus Cluster of galaxies from high-resolution X-ray spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Simionescu A、Nakashima S、Yamaguchi H、Matsushita K、Mernier F、Werner N、Tamura T、Nomoto K、他27人
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 483 ページ: 1701～1721
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3220
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single Degenerate Models for Type Ia Supernovae: Progenitor’s Evolution and Nucleosynthesis Yields (2018)
  • 著者名/発表者名: Nomoto Ken’ichi、Leung Shing-Chi
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 214 ページ: 67～67
  • DOI: 10.1007/s11214-018-0499-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional Simulation of Double Detonations in the Double-degenerate Model for Type Ia Supernovae and Interaction of Ejecta with a Surviving White Dwarf Companion (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa Ataru、Nomoto Ken’ichi、Nakasato Naohito
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 868 ページ: 90～90
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae9ee
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Explosive Nucleosynthesis in Near-Chandrasekhar-mass White Dwarf Models for Type Ia Supernovae: Dependence on Model Parameters (2018)
  • 著者名/発表者名: Leung Shing-Chi、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 861 ページ: 143～143
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aac2df
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Why Are Some Gamma-Ray Bursts Hosted by Oxygen-rich Galaxies? (2018)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Tetsuya、Chaudhary Ravi、Ohta Kouji、Goto Tomotsugu、Hammer Francois、Kong Albert K. H.、Nomoto Ken’ichi、Mao Jirong
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 863 ページ: 95～95
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aad2d1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 熱パルスAGB星における炭素ダストの形成と磁気駆動風の持続性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 保田悠紀、鈴木健、小笹隆司
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] 20 Years of Hypernova-First Star Connection (2019)
  • 著者名/発表者名: Ken'ichi Nomoto
  • 学会等名: 10th DTA symposium on "Stellar deaths and their diversity"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Supernova explosions of first stars (2019)
  • 著者名/発表者名: Ken'ichi Nomoto
  • 学会等名: Workshop on "Supernovae"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Galactic Archaeology with wide-field survey and high-resolution spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki, W.
  • 学会等名: TMT Science Forum 2018
  • 国際学会
• [学会発表] マグネシウム・ケイ素の過剰を示す炭素過剰星 LAMOST J2217+2104 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木和光、松野允郁、 本田敏志、石垣美歩、 須田拓馬、Haining Li、 Bharat Kummer Yerra
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] LAMOST/Subaru project: searching for metal-poor stars, moving groups and alpha-deficient stars (2018)
  • 著者名/発表者名: Li, H., Zhao, G., Aoki, W., Matsuno, T., Suda, T. Honda, S., Shi J.R., Kumer, Y. B., Ishigaki, M. N., Zhao, J.K., Xing, Q.F., Tominaga, N.
  • 学会等名: Stellar Archaeology as a Time Machine to the First Stars
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 炭素過剰超金属欠乏星と宇宙初期における星・連星系形成史(II) (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田志真子, 須田拓馬, 小宮悠, 町田正博, 藤本正行
  • 学会等名: 天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] s-Process Nucleosynthesis in the Progenitors of Carbon-Enhanced Metal-Poor Stars (2018)
  • 著者名/発表者名: Suda, T., Yamada, S., Fujimoto, M.Y.
  • 学会等名: Stellar Archaeology as a Time Machine to First Stars
  • 国際学会
• [学会発表] 超新星連星による初代星探査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 須田拓馬, 斎藤貴之, 森谷友由希, 茂山俊和
  • 学会等名: 初代星・初代銀河研究会2018
• [学会発表] What are the implications of stellar chemical abundances in dwarf galaxies? (2018)
  • 著者名/発表者名: Suda, T., Aoki, W., Katsuta, Y., Yamada, S., Matsuno, T., Iwata, S., Takei, Y., Fujimoto, M.Y.
  • 学会等名: IAU Symposium 344: Dwarf Galaxies: From the Deep Universe to the Present
  • 国際学会
• [学会発表] 炭素過多AGB星における時期駆動風での厚いダストシェルの形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 保田悠紀、鈴木健、小笹隆司
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] Pulsational Pair-Instability Supernovae (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken'ichi Nomoto
  • 学会等名: Conference on "Shocking Supernovae"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Yields of Pop III supernovae and abundance patterns of iron-poor stars (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken'ichi Nomoto
  • 学会等名: Ringberg Workshop on "Metal-poor galaxies"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Models for Unusual Supernovae and Possible Connections to Extremely Metal-Poor Stars (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken'ichi Nomoto
  • 学会等名: Stellar Archaeology as a Time Machine to the First Stars
  • 国際学会
• [備考] Star with Strange Chemistry is from Out of Town
  • URL: https://www.subarutelescope.org/Pressrelease/2019/04/29/index.html
• [備考] 星の重元素が語る天の川銀河の合体史
  • URL: https://www.subarutelescope.org/Pressrelease/2019/04/29/j_index.html
• [学会・シンポジウム開催] Stellar Archaeology as a Time Machine to the First Stars (2018)