鉄より重い元素より探る銀河系の形成過程と化学進化

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05391
• 研究機関: 国際基督教大学
• 研究代表者: 石丸 友里 国際基督教大学, 教養学部, 上級准教授 (90397068)
• 研究分担者: 青木 和光 国立天文台, TMT推進室, 准教授 (20321581) ; 和南城 伸也 上智大学, 理工学部, 准教授 (30327879)
• 研究期間 (年度): 2017
• キーワード: 化学進化 / 銀河系 / 元素合成 / 超新星 / 中性子星合体

研究実績の概要

金やプラチナのような鉄より重い元素(rプロセス元素)の起源、そして銀河形成過程を明らかにするために、銀河化学進化の計算を行った。主要なrプロセス元素(金やプラチナなど)は中性子星合体、軽いrプロセス元素(銀やパラジウムなど)の一部は超新星爆発が起源であると仮定した。現在の銀河系が様々な質量をもつ小銀河の合体により形成されたとする構造形成モデル(Ishimaru, Wanajo, Prantzos 2015)を基に、それぞれの小銀河で超新星や中性子星合体が予想される割合で発生するという確率論的モデルに拡張した。その結果、中性子星合体の発生頻度が低いために、最小質量の銀河では(個数で)その10%程度でのみrプロセス元素の影響が見られ、そのときのrプロセス元素の鉄に対する割合は極めて高くなることが明らかになった。そして、上記の論文で示唆されている通り小質量銀河では星形成率が低いと仮定すれば、超低金属星にrプロセス元素の過剰が見られることが説明できることが示された。さらに、観測で明らかにされている主要なrプロセス元素と軽いrプロセス元素の異なる傾向は、後者の一部が中性子星合体とは別の起源、例えば超新星爆発であるとすれば説明できることを示した。本年度、重力波とその電磁波対応天体の観測により中性子星合体がrプロセスの起源である可能性が指摘されている。本研究はそれとは独立に、さらに、銀河系形成期から現在に至るまで一貫して中性子星合体がrプロセス元素の主要な起源であることを示唆している。また、銀河系が矮小銀河のような小規模の銀河の合体によって形成されたという構造形成論を裏付けている。

研究成果

• [国際共同研究] パリ天体物理学研究所/パリ天文台（フランス）
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: パリ天体物理学研究所/パリ天文台
• [国際共同研究] マックスプランク研究所（ドイツ）
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックスプランク研究所
• [国際共同研究] モナッシュ大学（オーストラリア）
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: モナッシュ大学
• [雑誌論文] Nucleosynthesis in the Innermost Ejecta of Neutrino-Driven Supernova Explosions in Two Dimensions (2018)
  • 著者名/発表者名: Wanajo, S., Maller, B., Janka, H.-T., Heger, A.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 852 ページ: 40,20
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa9d97
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Properties of Kilonovae from Dynamical and Post-Merger Ejecta of Neutron Star Mergers (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Kato, D., Gaigalas, G., Rynkun, P., Radž iū tė, L., Wanajo, S., Sekiguchi, Y., Nakamura, N., Tanuma, H., Murakami, I., Sakaue, H. A.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 852 ページ: 109,12
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa0cb
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enrichment of Zinc in Galactic Chemodynamical Evolution Models (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirai, Y., Saitoh, T. R., Ishimaru, Y., Wanajo, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemo-Dynamical Evolution of r-Process Elements in the Local Group Galaxies (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirai, Y., Ishimaru, Y., Saitoh, T. R., Fujii, M. S., Hidaka, J., Kajino, T
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 14 ページ: 020204,3
  • DOI: 10.7566/JPSCP.14.020204
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Stochastic Chemical Evolution of Sub-Halos and the Origin of r-Process Elements (2017)
  • 著者名/発表者名: Ojima, T., Ishimaru, Y., Wanajo, S., Prantzos, N.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 14 ページ: 020208,3
  • DOI: 10.7566/JPSCP.14.020208
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enrichment of r-Process Elements by Neutron Star Mergers through the Sub-Halo Clustering (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru, Y., Ojima, T., Wanajo, S., Prantzos, N.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 14 ページ: 020210,3
  • DOI: 10.7566/JPSCP.14.020210
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Abundance of Weak r-Process Elements of Metal-Poor Stars-Universality or Diversity?- (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, M., Ishimaru, Y., Aoki, W., Wanajo, S.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 14 ページ: 020302,3
  • DOI: 10.7566/JPSCP.14.020302
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Diversity of Abundance Patterns of Light Neutron-capture Elements in Very-metal-poor Stars (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki, M., Ishimaru, Y., Aoki, W., Wanajo, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 837 ページ: 8,16
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa5d08
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early Chemo-Dynamical Evolution of Dwarf Galaxies Deduced from Enrichment of r-Process Elements (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirai, Y., Ishimaru, Y., Saitoh, T. R., Fujii, M. S., Hidaka, J., Kajino, T.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 466 ページ: 2474-2487
  • DOI: 10.1093/mnras/stw3342
  • 査読あり
• [雑誌論文] Production and Distribution of <44>^Ti and <56>^Ni in a Three-Dimensional Supernova Model Resembling Cassiopeia A (2017)
  • 著者名/発表者名: Wongwathanarat, A., Janka, H.-T., Moller, E., Pllumbi, E., Wanajo, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 842 ページ: 13,20
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa72de
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Simulations of Electron Capture and Low-Mass Iron Core Supernovae (2017)
  • 著者名/発表者名: Maller, B., Wanajo, S., Janka, H.-Th., Heger, A., Gay, D., Sim, S. A.
  • 雑誌名: Memorie della Societa Astronomica Italiana 巻: 88 ページ: 288-293
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] r-Process in Neutron Star Mergers and Kilonova Emission (2018)
  • 著者名/発表者名: 和南城伸也
  • 学会等名: The first annual symposium of the innovative area "Gravitational Wave Physics and Astronomy : Genesis"
  • 発表場所: 東京大学, 柏
  • 年月日: 2018-03-06
• [学会発表] 重元素の起源 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和南城伸也
  • 学会等名: 第30回理論懇シンポジウム「星の物理の新地平」
  • 発表場所: 東京大学, 本郷
  • 年月日: 2017-12-25
• [学会発表] Nucleosynthesis in Neutron Star Mergers (2017)
  • 著者名/発表者名: 和南城伸也
  • 学会等名: Ito International Research Center(IIRC) Symposium “Perspectives of the Physics of Nuclear Structure”
  • 発表場所: 東京大学, 本郷
  • 年月日: 2017-11-04
• [学会発表] r-Process in Supernovae and Neutron Star Mergers (2017)
  • 著者名/発表者名: 和南城伸也
  • 学会等名: The Japan-France Workshop “Neutron Star Mergers and Galactic Chemical Evolution”
  • 発表場所: 国立天文台, 三鷹
  • 年月日: 2017-10-19
• [学会発表] Galactic Chemical Evolution of r-Process Elements (2017)
  • 著者名/発表者名: 石丸友里
  • 学会等名: The Japan-France Workshop “Neutron Star Mergers and Galactic Chemical Evolution”
  • 発表場所: 国立天文台, 三鷹
  • 年月日: 2017-10-19
• [学会発表] Search for Metal-poor Stars with LAMOST and Subaru (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木和光
  • 学会等名: The Japan-France Workshop “Neutron Star Mergers and Galactic Chemical Evolution”
  • 発表場所: 国立天文台, 三鷹
  • 年月日: 2017-10-19
• [学会発表] r-Process Nucleosynthesis in Neutron Star Mergers (2017)
  • 著者名/発表者名: 和南城伸也
  • 学会等名: Stellar Evolution, Supernova and Nucleosynthesis Across Cosmic Time
  • 発表場所: 東京大学, 柏
  • 年月日: 2017-09-21