宇宙初代星誕生から銀河系形成期における恒星進化と物質循環

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23224004
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 青木 和光 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (20321581)
• 研究分担者: 藤本 正行 北海道大学, 理学研究院, 教授 (00111708) ; 小笹 隆司 北海道大学, 理学研究院, 教授 (90263368) ; 須田 拓馬 国立天文台, 光赤外研究部, 研究員 (90374735) ; 野本 憲一 東京大学, 数物連携宇宙研究機構, 特任教授 (90110676) ; 茂山 俊和 東京大学, 理学系研究科, 准教授 (70211951)
• キーワード: 超新星 / ダスト / 銀河系 / 金属欠乏星 / 化学進化

研究概要

本研究の中心課題のひとつである、すばる望遠鏡HDSの多天体同時観測を可能にする装置搭載にむけて、ファイバーを利用した光学系と搭載・制御方法の詳細検討を行い、2012年度の最終設計と製作にむけた準備を完了した。
すばる望遠鏡HDSによる銀河系ハロー天体の観測データの解析を完了し、報告論文の準備を進めた。追観測の計画を作成し、観測時間の申請を行っている。金属欠乏星のデータベースの拡充を進めるとともに、これに集積された金属欠乏星の組成の分析を通して、銀河系ハローの恒星に刻まれた元素の分布の詳細な解析を行った。これを通して、銀河系の初期化学進化の特性、とりわけ、初期質量関数の変遷過程についての制約を導いた。
本研究の理論的な課題のひとつである超新星爆発については、多次元流体元素合成計算コードの調整およびテスト計算を行い、超新星爆発における元素合成をパラメータ化する際にジェット状爆発、楕円状爆発の二種類のモデルを用いることが最適であることを明らかにした。また、大質量星を起源とするガンマ線バーストに付随する相対論的
ジェットの長期にわたる進化でこれまで考えられていなかった段階があることを指摘し、その半解析解を提示した。
炭素爆燃型超新星における核燃焼波の伝播速度が白色矮星中心付近で磁場によって数分の1になることを示した。
ダスト形成の解明については、Ia型超新星でのダスト形成・進化計算を行い、Ia型超新星はダストの主要な供給源でないことを明らかにした。また、炭素過多AGB星でのダスト形成モデルを構築し、形成されるSiCダストのサイズ分布を明らかにした。一方、超新星でのダスト形成・進化モデルで得られた破壊効率、サイズ分布の進化とダスト表面上での水素分子形成を採り入れた銀河形成進化モデルを構築し、ダストのサイズ分布が星形成率および初期宇宙の銀河進化に多大な影響を与えることを示した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

観測装置の開発やデータベース構築をはじめ、初年度の目標はおおむね達成され、次年度の研究にむけた準備も整っている。

今後の研究の推進方策

研究計画に特に変更はない。それぞれの研究課題については順調に進んでいるので、研究分担者・連携研究者間の連携を深めることにこれまで以上に力を入れる。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of Magnetic Fields on the Propagation of Nuclear Flames in Magnetic White Dwarfs (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kutsuna, T. Shigeyama
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 749 ページ: 51(6pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/749/1/51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon-enhanced Metal-poor Stars in the Inner and Outer Halo Components of the Milky Way (2012)
  • 著者名/発表者名: Carollo, D., Beers, T.C., Bovy, J., Sivarani, T., Norris, J.E., Freeman, K.C., Aoki, W., Lee, Y.S., Kennedy, C.R.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 744 ページ: 195(22p)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/744/2/195
  • 査読あり
• [雑誌論文] NH3 survey observation of massive star-forming region W43 (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Nishitani, K.Sorai, A.Habe, K.Hosaka, Y.Watanabe, Y.Ohishi, K.Motogi, T.Minamidani, M.Y.Fujimoto
  • 雑誌名: Publ.Astron.Soc.Jap. 巻: 64 ページ: 30
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early Evolution of Spherical Ejecta Expanding into the Circum-Stellar Matter at Ultra-Relativistic Speeds (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeyama, T., Suzuki, A., Nakamura, K.
  • 雑誌名: Publications of The Astronomical Society of Japan 巻: 64(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity of Luminous Supernovae from Non-steady Mass Loss (2012)
  • 著者名/発表者名: Moriya, T., Tominaga, N.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 747 ページ: 118(7pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/747/2/118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unburned Material in the Ejecta of Type Ia Supernovae (2012)
  • 著者名/発表者名: Folatelli, G., Phillips, M.M., Morrell, N., Tanaka, M., Maeda, K.Nomoto, et al
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 745 ページ: 74(17pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/745/1/74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of SiC Grains in Pulsation-enhanced Dust-driven Wind around Carbon-rich Asymptotic Giant Branch Stars (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuda, Y., Kozasa, T
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 745 ページ: 159(14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/745/2/159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic Studies of Extremely Metal-poor Stars with the Subaru High Dispersion Spectrograph. V. The Zn-enhanced Metal-poor Star BS 16920-017 (2011)
  • 著者名/発表者名: Honda, S., Aoki, W., Beers, T.C., Takada-Hidai, M.
  • 雑誌名: Astrophysioal Journal 巻: 730 ページ: 77(11pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/730/2/77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detailed Chemical Abundances of Four Stars in the Unusual Globular Cluster Palomar 1 (2011)
  • 著者名/発表者名: Sakari, C., Venn, K.A., Irwin, M., Aoki, W., Arimoto, N., Dotter, A.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 740 ページ: 106(22pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/740/2/106
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Stellar Abundances for Galactic Archaeology (SAGA) Database II-Implications for Mixing and Nucleosynthesis in Extremely Metal-Poor Stars and Chemical Enrichment of the Galaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Suda, S.Yamada, Y.Katsuta, Y.Komiya, C.Ishizuka, T.Nishimura, W.Aoki, M.Y.Fujimoto
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 412 ページ: 843-874
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.17943.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stellar Evolution Constraints on the Triple-α Reaction Rate (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Suda, R.Hirschi, M.Y.Fujimoto
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 741 ページ: 61(8pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/741/1/61
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of a New Triple-α Reaction on X-Ray Bursts of a Helium-Accreting Neutron Star (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuo, Y., Tsujimoto, H., Noda, T., Saruwatari, M., Ono, M., Hashimoto, M., Fujimoto, M.Y
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics 巻: 126 ページ: 1177-1186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supernovae from red supergiants with extensive mass loss (2011)
  • 著者名/発表者名: Moriya, T., Tominaga, N., Blinnikov, S.I., Baklanov, P.V., Sorokina, E.I
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 415 ページ: 199-213
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.18689.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Enrichment in the Carbon-enhanced Damped Lyα System by Population III Supernovae (2011)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, C., Tominaga, N., Nomoto, K.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 730 ページ: L14(5pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/730/2/L14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical studies of SN 2009jf : a Type Ib supernova with an extremely slow decline and aspherical signature (2011)
  • 著者名/発表者名: Sahu, D.K., Gurugubelli, U.K., Anupama, G.C., Nomoto, K.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 413 ページ: 2583-2594
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.18326.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Role of Dust in the Early Universe. I. Protogalaxy Evolution (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamasawa, D., Habe, A., Kozasa, T., Nozawa, T., Hirashita, H., Umeda, H., Nomoto, K.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 735 ページ: 44(14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/735/1/44
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Dust in the Ejecta of Type Ia Supernovae (2011)
  • 著者名/発表者名: Nozawa, T., Maeda, K., Kozasa, T., Tanaka, M., Nomoto, K., Umeda, H.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 736 ページ: 45(13pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/736/1/45
  • 査読あり
• [雑誌論文] GRIPS-Gamma-Ray Imaging, Polarimetry and Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Greiner, J., et al (58 authors, including Nomoto, K.)
  • 雑誌名: Experimemtal Astronomy ページ: 116
  • DOI: 10.1007/s10686-011-9255-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gamma-Ray Bursts and Magnetar-forming Supernovae", Astrophysics and Space (2011)
  • 著者名/発表者名: Nomoto, K., Maeda, K., Tanaka, M., Suzuki, T.
  • 雑誌名: Astrophysics and Space Science 巻: 336 ページ: 129-137
  • DOI: 10.1007/s10509-011-0658-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the effects of microphysical grain properties on the yields of carbonaceous dust from Type II supernovae (2011)
  • 著者名/発表者名: Fallest, D.W., Nozawa, T., Nomoto, K., Umeda, H., Maeda, K., Kozasa, T., Lazzati, D
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 418 ページ: 571-582
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.19506.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Single Degenerate Progenitor Model for Type Ia Supernovae Highly Exceeding the Chandrasekhar Mass Limit (2011)
  • 著者名/発表者名: Hachisu, I., Kato, M., Saio, H., Nomoto
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 744 ページ: 69(15pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/744/1/69
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of 12C+12C rate uncertainties on the evolution and nucleosynthesis of massive stars (2011)
  • 著者名/発表者名: Bennett, M.E., Hirschi, R., Pignatari, M., Diehl, S., Fryer, C., Herwig, F., Hungerford, A., Nomoto, K., Rockefeller, G., Timmes, F., Wiescher, M.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 420 ページ: 3047-3070
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2012.20193.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supernova dust for the extinction law in a young infrared galaxy at Z1 (2011)
  • 著者名/発表者名: Kawara, K., Hirashita, H., Nozawa, T., Kozasa, T., Oyabu, S., Matsuoka, Y., Shimizu, T., Sameshima, H., Ienaka, N.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 412 ページ: 1070-1080
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2010.17960.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extinction law in ultraluminous infrared galaxies at z1 (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, T., Kawara, K., Sameshima, H., Ienaka, N., Nozawa, T., Kozasa, T.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 418 ページ: 625-637
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.19512.x
  • 査読あり
• [学会発表] Ia型超新星と伴星との衝突によるHα輝線 (2012)
  • 著者名/発表者名: 朽名正道、茂山俊和
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 超相対論的に膨張する物質と星周物質の衝突の初期進化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 茂山俊和
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 2012-03-22
• [学会発表] long GRBジェットの長時間進化計算と放射機構への示唆 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭宏、茂山俊和
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 2012-03-22
• [学会発表] Ia型超新星と伴星との衝突ではがれる水素の観測可能性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 朽名正道、茂山俊和
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 2012-03-19
• [学会発表] 重力崩壊型超新星の超相対論的shock breakoutによる高エネルギー光子の発生 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大谷友香理、茂山俊和
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 2012-03-19
• [学会発表] Probing Explosion Geometry of Core-Collapse Supernovae with light curves of shock breakout (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭宏、茂山俊和
  • 学会等名: IAU Symposium 279
  • 発表場所: 栃木県日光市安川町6-4日光千姫物語
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Li abundances in very metal-poor, main-sequence turn-off stars (2012)
  • 著者名/発表者名: 青木和光
  • 学会等名: Lithium in the Cosmos
  • 発表場所: IAP, Paris、フランス(招待講演)
  • 年月日: 2012-02-27
• [学会発表] Triple-Alpha Reaction Rate Constrained by Stellar Evolution Models (2011)
  • 著者名/発表者名: 須田拓馬
  • 学会等名: Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • 発表場所: 理化学研究所、和光
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] Neutron-Capture Elements in Extremely Metal-Poor Stars (2011)
  • 著者名/発表者名: 青木和光
  • 学会等名: Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • 発表場所: 理化学研究所、和光(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Nucleosynthesis Constraints on Gamma-Ray Burstsand Supernovae (2011)
  • 著者名/発表者名: 冨永望
  • 学会等名: Origin of Matter and Evolution of Galaxies
  • 発表場所: 理化学研究所、和光
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Extremely Metal-Poor Stars in the Milky Way Halo (2011)
  • 著者名/発表者名: 青木和光
  • 学会等名: Galactic Archaeology : Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺・伊豆市(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] Nucleosynthesis in Hypernovae and Faint Supernovae and Abundance Patterns of Extremely Metal-poor Stars (2011)
  • 著者名/発表者名: 野本憲一
  • 学会等名: Galactic Archaeology : Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺、伊豆市(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] Star Formatiojn Histroy in Our Galaxy Explored with AGB Star Evolution Models (2011)
  • 著者名/発表者名: 須田拓馬
  • 学会等名: Galactic Archaeology : Near-Field Cosmology and the Formation of the Milky Way
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺、伊豆市
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] The metallicity distribution of Sr-enhanced metal-poor stars (2011)
  • 著者名/発表者名: 青木和光
  • 学会等名: The Light Element Primary Process & the Origin of Lighter Heavy Elements
  • 発表場所: GSI, Darmstadt、ドイツ(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-10
• [学会発表] 強磁場中性子星表面での爆発的元素合成とX線放射 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭宏、茂山俊和
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] SDSS/SEGUEで検出された超金属欠乏星の化学組成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 青木和光
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2011-09-19
• [学会発表] 低金属星のリチウム組成:二重線分光連星の観測による質量依存性の検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 青木和光
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 龍谷大学
  • 年月日: 2011-03-19