超新星元素合成による生成核種のアイソトープ分離とニュートリノ振動の解明

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20244035
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 梶野 敏貴 国立天文台, 理論研究部, 准教授 (20169444)
• 研究分担者: 野本 憲一 東京大学, 数物連携宇宙研究機構, 特任教授 (90110676) ; 青木 和光 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (20321581) ; 早川 岳人 日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部, 研究主幹 (70343944)
• キーワード: 超新星 / ニュートリノ振動 / 元素合成 / アイソトープ / 原子核の殻模型 / ガモフ・テラー遷移 / 高分散高分解能スペクトログラフ

研究概要

超新星ニュートリノ反応の影響を強く受けると考えられるLi-7、Be-11、La-138、Ta-180の4核種の元素合成過程を、理論・原子核実験・天体観測の3分野を統一的に詳細に研究し、元素量比に関する理論予測と観測との比較から未知のニュートリノ振動パラメータ(質量差Δm13と混合角θ13)を決定することが、目的である。初年度は、以下のような具体的な研究の進展があった。
1. ニュートリノ元素合成過程の理論計算に必要なニュートリノ・原子核(ν・He-4、v・C-12)反応断面積を、原子核のs殻およびp殻の新しい殻模型ハミルトニアンを構築して理論的に計算した。ハミルトニアンは中性子過剰でアイソスピンの大きな原子核でのテンソルカの役割を巧く記述している。全ての粒子放出チャンネルへの分岐比の計算には、Hausser-Feshbach formalismを用いた。構築したハミルトニアンは、原子核の電磁気モーメント、ガモフ・テラー型遷移強度の測定値、等に関するほとんど全ての弱電構造に関する実験量を良く再現するものである。
2. 初期条件の異なる超新星爆発ニュートリノ放射モデルを作り、ヘリウム層と炭素層でのLi、Be、B同位体の生成量を理論計算した。ニュートリノと原子核の中性カレントおよび荷電カレントによるHe-4とC-12の破砕反応に始まる一連の元素合成過程で、同位体中特にLi-7とB-11が卓越して多量に作られることが判った。これらの元素生成比Li-7/B-11は、超新星ニュートリノモデルに強く依存しないことを見いだした。これは、元素生成比Li-7/B-11が未知のニュートリノ振動パラメータを決定する上で優れたプローブであることを意味する。
3. Liの同位体比を「すばる望遠鏡高分散高分解能スペクトログラフ」を用いて高精度で検出するために、装着すべき光量増光装置イメージスライサを試案・設計した。

研究成果

• [雑誌論文] A new measurement of the astrophysical 8Li (d, t) 7Li reaction. (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, et al. with T. Kajino
  • 雑誌名: Phys. Lett. B674 ページ: 276-280
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of a primordial magnetic field on low and high multipoles of the cosmic microwave background. (2008)
  • 著者名/発表者名: D. G. Yamazaki, K. Ichiki, T. Kajino, G. J. Mathews
  • 雑誌名: Phys. Rev. D77 ページ: 043005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct and semi-direct capture in low energy (n, γ) reactions of neutron-rich Tin isotopes and its implications for the r-process nucleosynthesis. (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Chiba, H. Koura, T. Hayakawa, T. Maruyama, T. Kawano, T. Kajino
  • 雑誌名: Phys. Rev. C77 ページ: 015809
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shell model calculation of excited beta-decays for r-process nucleosynthesis. (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Famiano, R. Boyd, T. Kajino
  • 雑誌名: Journal of Phys. G35 ページ: 0252203
  • 査読あり
• [雑誌論文] 138La-138Ce-136Ce nuclear cosmochronometer of supernova neutrino process. (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hayakawa, T. Shizuma, T. Kajino, K. Ogawa, H. Nakada
  • 雑誌名: Phys. Rev. C77 ページ: 065802
  • 査読あり
• [雑誌論文] The X-Solution to the 6Li and of 7Li Big-Bang Nucleosynthesis Problems. (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kusakabe, T. Kajino, R. N. Boyd, T. Yoshida, G. J. Mathews
  • 雑誌名: Astrophys. J. 680 ページ: 846-857
  • 査読あり
• [雑誌論文] Half-life of 164Ho isomer populated by (g, n) reaction from Laser Compton scattering g-rays at NewSUBARU (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hayakawa, et al. with T. Kajino
  • 雑誌名: Phys. Rev. C77 ページ: 068801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Empirical Abundance Scaling Laws and Implications for the Gamma Process in Core-Collapse Supernovae. (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hayakawa, N. Iwamoto, T. Kajino, T. Shizuma, H. Umeda, K. Nomoto
  • 雑誌名: Astrophys. J. 685 ページ: 1089-1102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutrino mass effects on vector and tensor CMB anisotropies in the presence of primordial magnetic field. (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kojima, K. Ichiki, D. Yamazaki, T. Kajino, G. J. Mathews
  • 雑誌名: Phys. Rev. D78 ページ: 045010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutrino-Nucleus Reaction Cross Sections for Light Element Synthesis in Supernova Explosions. (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshida, T. Suzuki, S. Chiba, T. Kajino, H. Yokomakura, K. Kimura, A. Takamura, D. Hartmann
  • 雑誌名: Astrophys. J. 686 ページ: 448-466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraints on the Primordial Magnetic Field from σ8. (2008)
  • 著者名/発表者名: Dai. G. Yamazaki, Toshitaka Kajino, Kiyotomo Ichiki, Grant J. Mathews
  • 雑誌名: Phys. Rev. D78 ページ: 123001
  • 査読あり
• [学会発表] Neutrino Oscillation in Supernova and GRB Nucleosynthesis. (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kajino, T. Sasaqui, T. Yoshida, W. Aoki
  • 学会等名: Int. Conf. on Cosmology and Particle Astrophysics
  • 発表場所: Taiwan
  • 年月日: 2008-06-28
• [学会発表] Alternative Unified Views on Dark Matter and Dark Energy. (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Mathews, K. Ichiki, T. Kajino, N. Q. Lan, X. Zhao
  • 学会等名: Int. Conf. on Cosmology and Particle Astrophysics
  • 発表場所: Taiwan
  • 年月日: 2008-06-28
• [学会発表] Neutrino-nucleus reactions based on recent advances in shell-model calculations. (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Chiba, T. Yoshida, T. Kajino, T. Otsuka
  • 学会等名: Int. Symp. on Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2008-05-31
• [学会発表] Systematic study for the shell effect in the fission fragment mass distribution ruptured from neutron rich nuclei. (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohta, M., Tatsuda, S., Hashizume, K., Wada, T., Sumiyoshi, K., Otsuki, K., Kajino, T., Koura, H., Chiba, S., Aritomo, Y.
  • 学会等名: Int. Symp. on, Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2008-05-31