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2021 年度 実績報告書

高感度広帯域近赤外線分光で読み解く重力波源における元素合成

研究課題

研究課題/領域番号 21H04997
研究機関国立天文台

研究代表者

吉田 道利  国立天文台, ハワイ観測所, 教授 (90270446)

研究分担者 冨永 望  国立天文台, 科学研究部, 教授 (00550279)
大野 良人  国立天文台, ハワイ観測所, 助教 (20818017)
小山 佑世  国立天文台, ハワイ観測所, 助教 (40724662)
尾崎 忍夫  国立天文台, 先端技術センター, 講師 (60532710)
田中 雅臣  東北大学, 理学研究科, 准教授 (70586429)
本原 顕太郎  国立天文台, 先端技術センター, 教授 (90343102)
守屋 尭  国立天文台, 科学研究部, 助教 (90779547)
柳澤 顕史  国立天文台, ハワイ観測所, 助教 (90311183)
研究期間 (年度) 2021-07-05 – 2026-03-31
キーワード光学赤外線天文学 / 重力波天体 / 中性子星合体 / 補償光学 / 近赤外線分光
研究実績の概要

中性子星合体の電磁波対応天体のスペクトルに現れる重元素の特徴を明らかにするため、中性子星合体の電磁波対応天体の網羅的なスペクトル理論モデル構築を行なった。モデル構築はまだ完了していないが、本研究で開発する広帯域近赤外線分光装置により、モデルで予想される特徴を捉えることで、中性子星合体時に合成される重元素量を定量化できるめどをつけることができた。また、遠方超新星の分光観測計画の立案のため、Euclid宇宙望遠鏡による遠方超新星の観測シミュレーションを実施した。その結果、最大で年間10個程度の遠方超新星が本研究課題で製作する広帯域近赤外線装置で観測可能であることが明らかになった。本研究は、遠方超新星研究においても大きな役割を果たすことが期待される。
レーザートモグラフィ補償光学に対応した広帯域近赤外線分光装置の開発については、サイエンス要求から装置仕様の設定を行い、それに基づいて光学系・機械系・冷却系・制御系それぞれのサブシステムの概念設計を開始した。しかし、当初の想定に反し、検出器の欠陥画素が観測データに甚大な悪影響を及ぼすことが判明し、その影響を最小限にする方策を検討する必要が生じた。これに伴い分光装置光学系の追加設計を実施したが、その検討に時間を要したため、分光装置光学系概念設計の完了が年度末にずれ込んだ。そこで、計画を見直し、分光装置光学系の概念設計を優先して実施し、機械系・冷却系・制御系の概念設計は次年度に行うこととした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

科学目標の検討や、準備研究は順調に進み、本研究で目指す中性子星合体による元素合成を解明する観測戦略を練り上げることができている。
一方、広帯域近赤外線分光装置につき、当初の想定に反し、検出器の欠陥画素が観測データに甚大な悪影響を及ぼすことが判明し、その影響を最小限にする方策を検討する必要が生じた。その結果、検出器をわずかにスライドさせながら画像を取得し統計的に処理することで対応できることがわかった。これに伴い分光装置光学系の追加設計を実施したが、この作業に時間を要したため、分光装置光学系概念設計の完了が年度末にずれ込んだ。そこで、計画を見直し、分光装置光学系の概念設計の完了を優先し、分光装置機械系・冷却系・制御系の概念設計は次年度に行うこととした。このため、当初計画よりはやや遅れを生じている。

今後の研究の推進方策

中性子星合体の電磁波対応天体の網羅的なスペクトル理論モデル構築をさらに進め、多様な重元素の電離状態に伴う遷移を包括的に扱い、電磁波放射の特徴を精密に予測する。本研究で開発する広帯域近赤外線分光装置の観測で、どのように中性子星合体時に合成される重元素量を定量化するかを詳細に検討する。また、遠方超新星の観測数と、原子核反応の反応率との関係を明らかにし、遠方超新星における鉄までの元素合成に関する研究を進める。
レーザートモグラフィ補償光学に対応した広帯域近赤外線分光装置の開発については、光学系の詳細設計、機械系・冷却系の概念設計と詳細設計、制御系の概念設計を進める。光学系および機械系に関しては、詳細設計に基づいて一部製造を開始する。検出器系は、読み出し回路の準備を行って試験環境を整備し、2023年度からの試験に備える。国立天文台ハワイ観測所と連携して、分光装置のすばる望遠鏡への装着と試験手続きについて検討を行う。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 9件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 6件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Discovering Supernovae at the Epoch of Reionization with the Nancy Grace Roman Space Telescope2022

    • 著者名/発表者名
      Moriya Takashi J.、Quimby Robert M.、Robertson Brant E.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 925 ページ: 211~211

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac415e

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] EMPRESS. IV. Extremely Metal-poor Galaxies Including Very Low-mass Primordial Systems with M*=10^4-10^5 Msol and 2%-3% (O/H): High (Fe/O) Suggestive of Metal Enrichment by Hypernovae/Pair-instability Supernovae2022

    • 著者名/発表者名
      Isobe Yuki、Ouchi Masami、Suzuki Akihiro、Moriya Takashi J.、Nakajima Kimihiko、Nomoto Ken’ichi、Rauch Michael、Harikane Yuichi、Kojima Takashi、Ono Yoshiaki、Fujimoto Seiji、Inoue Akio K.、Kim Ji Hoon、Komiyama Yutaka、Kusakabe Haruka、Lee Chien-Hsiu、Maseda Michael、Matthee Jorryt、Michel-Dansac Leo、et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 925 ページ: 111~111

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac3509

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Environmental Dependence of Gas Properties in Dense Cores of a Protocluster at z = 2.5 Revealed with ALMA2022

    • 著者名/発表者名
      Aoyama Kohei、Kodama Tadayuki、Suzuki Tomoko L.、Tadaki Ken-ichi、Shimakawa Rhythm、Hayashi Masao、Koyama Yusei、Perez-Martinez Jose Manuel
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 924 ページ: 74~74

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac34fa

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Properties of Thorne-Zytkow object explosions2021

    • 著者名/発表者名
      Moriya Takashi J、Blinnikov Sergei I
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 508 ページ: 74~78

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2584

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Simulation of Superluminous Supernovae Using the M1 Approach for Radiation Transfer2021

    • 著者名/発表者名
      Urvachev Egor、Shidlovski Dmitry、Tominaga Nozomu、Glazyrin Semyon、Blinnikov Sergei
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Supplement Series

      巻: 256 ページ: 8~8

    • DOI

      10.3847/1538-4365/ac0972

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Discovery of the Fastest Early Optical Emission from Overluminous SN Ia 2020hvf: A Thermonuclear Explosion within a Dense Circumstellar Environment2021

    • 著者名/発表者名
      Jiang Ji-an、Maeda Keiichi、Kawabata Miho、Doi Mamoru、Shigeyama Toshikazu、Tanaka Masaomi、Tominaga Nozomu、Nomoto Ken’ichi、Niino Yuu、Sako Shigeyuki、Ohsawa Ryou、Schramm Malte、Yamanaka Masayuki、Kobayashi Naoto、et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 923 ページ: L8~L8

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac375f

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nebular Emission from Lanthanide-rich Ejecta of Neutron Star Merger2021

    • 著者名/発表者名
      Hotokezaka Kenta、Tanaka Masaomi、Kato Daiji、Gaigalas Gediminas
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 506 ページ: 5863~5877

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1975

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Extended Calculations of Energy Levels and Transition Rates for Singly Ionized Lanthanide Elements. II. Tb-Yb2021

    • 著者名/発表者名
      Radziute Laima、Gaigalas Gediminas、Kato Daiji、Rynkun Pavel、Tanaka Masaomi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Supplement Series

      巻: 257 ページ: 29~29

    • DOI

      10.3847/1538-4365/ac1ad2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A universal correlation between warm and hot gas in the stripped tails of cluster galaxies2021

    • 著者名/発表者名
      Sun Ming、Ge Chong、Luo Rongxin、Yagi Masafumi、Jachym Pavel、Boselli Alessandro、Fossati Matteo、Nulsen Paul E. J.、Yoshida Michitoshi、Gavazzi Giuseppe
    • 雑誌名

      Nature Astronomy

      巻: 6 ページ: 270~274

    • DOI

      10.1038/s41550-021-01516-8

    • 査読あり / 国際共著
  • [図書] マルチメッセンジャー天文学が捉えた新しい宇宙の姿 宇宙の物質の起源に迫る2021

    • 著者名/発表者名
      田中 雅臣
    • 総ページ数
      274
    • 出版者
      講談社
    • ISBN
      978-4065261347
  • [備考] NINJA

    • URL

      https://www4.nao.ac.jp/atc/ninja/

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公開日: 2023-12-25  

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