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2015 年度 実施状況報告書

中性子星合体におけるrプロセス元素合成と重力波対応天体

研究課題

研究課題/領域番号 26400237
研究機関上智大学

研究代表者

和南城 伸也  上智大学, 理工学部, 准教授 (30327879)

研究分担者 関口 雄一郎  東邦大学, 理学部, 講師 (50531779)
石丸 友里  国際基督教大学, 教養学部, 准教授 (90397068)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
キーワード中性子星合体 / rプロセス / 重力波対応天体 / 銀河化学進化 / 原子核反応
研究実績の概要

中性子星合体の数値シミュレーションとrプロセス元素合成計算、そして銀河化学進化の数値計算を行った。また、元素合成の結果を用いて、中性子星合体から予想される電磁波放射の計算を行った。
中性子星合体のシミュレーションについては、5通りの中性子星質量の組(1.25-1.45, 1.30-1.40, 1.33-1.37, 1.35-1.35; 数字は太陽質量を単位とした)および2つの高密度状態方程式 (SFHo, DD2) について行った。その結果、中性子星質量の組み合わせや状態方程式により、放出物質の質量や中性子過剰率が有意に異なることが明らかになった。また、合計10通りの中性子星合体モデルについて、rプロセス元素合成の計算に着手した(現在継続中)。
銀河の化学進化については、前年度までにすでに得られている中性子星合体と元素合成計算の結果を銀河モデルに適用し、宇宙初期(最初の数億年程度)におけるrプロセス元素(ユーロピウム、金、ウランなど)の銀河進化の数値計算を行った。その結果、銀河系の構造形成を考慮すると、観測されている銀河初期のrプロセス元素の存在は中性子星合体が起源であれば説明できることを明らかにした。
中性子星合体からの電磁波放射については、重力波対応天体の探索に向けた研究を行った。これまでに得られた元素合成の計算結果をもとに、核崩壊によるガンマ線および光赤外放射の数値計算を行った。その結果、現在および近い将来に打ち上げが予定されているX線・ガンマ線天文衛星を用いた場合、比較的近傍での中性子星合体からでないと検出は難しことが明らかになった。一方、光赤外放射については比較的遠方の中性子星合体からでも現在の大型望遠鏡による検出が可能であり、重力波望遠鏡で中性子星合体からの重力波が検出された場合、最も観測可能性の高い電磁波対応天体になりうることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
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

現在のところ、ほぼ研究計画通り進展している。

今後の研究の推進方策

米国の重力波望遠鏡LIGOによりブラックホール連星からの重力波が検出されたことにより、今後は特に、重力波対応天体からの電磁波放射予測に重点を置いた研究を進める。まず、現状の10通りの中性子星合体モデルについてのrプロセス元素合成計算を優先的に実行し、それをもとに、中性子星合体からの光赤外放射の計算を行う。その数値計算結果をデータベース化し、LIGO, Virgo, KAGRAなどの重力波望遠鏡で重力波が検出された際に、電磁波対応天体の探索に直ちに役立つように体制を整える。対応天体が発見された場合、光赤外観測の結果から、その合体現象に対応する中性子星の質量の組み合わせを特定し、また、高密度状態方程式の制限に役立てる。
そして、当初の計画に沿って、様々な質量のブラックホール・中性子星合体の数値シミュレーションを行い、それぞれのモデルについてrプロセス元素合成の計算を行う。銀河進化および電磁波対応天体の数値計算についても同様に行う。

次年度使用額が生じた理由

次年度に複数の海外渡航のための旅費が必要になることが見込まれ、ハードディスク等一部の物品購入を保留にしたため。

次年度使用額の使用計画

次年度の助成金と合わせて、予定されている米国(6月)およびフランス(9月)への渡航旅費に充当する。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Radioactive decay products in neutron star merger ejecta: heating efficiency and γ-ray emission2016

    • 著者名/発表者名
      Hotokezaka, K.; Wanajo, S.; Tanaka, M.; Bamba, A.; Terada, Y.; Piran, T.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 459 ページ: p.35-43

    • DOI

      10.1093/mnras/stw404

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The r-process in black hole-neutron star mergers based on a fully general-relativistic simulation2016

    • 著者名/発表者名
      Nishimura, N.; Wanajo, S.; Sekiguchi, Y.; Kiuchi, K.; Kyutoku, K.; Shibata, M.
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 665 ページ: 012059, 3pp

    • DOI

      10.1088/1742-6596/665/1/012059

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] HST/STIS abundances in the uranium rich metal poor star CS 31082-001: Constraints on the r-Process2016

    • 著者名/発表者名
      Siqueira-Mello, C.; Spite, M.; Barbuy, B.; Spite, F.; Caffau, E.; Hill, V.; Wanajo, S.; Primas, F.; Plez, B.; Cayrel, R.; Andersen, J.; Nordstroem, B.; Sneden, C.; Beers, T. C.; Bonifacio, P.; Francois, P.; Molaro, P.
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 665 ページ: 012056, 5pp

    • DOI

      10.1088/1742-6596/665/1/012056

    • 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] NEUTRON STAR MERGERS AS THE ORIGIN OF r-PROCESS ELEMENTS IN THE GALACTIC HALO BASED ON THE SUB-HALO CLUSTERING SCENARIO2015

    • 著者名/発表者名
      Yuhri Ishimaru , Shinya Wanajo , and Nikos Prantzos
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal Letters

      巻: 804 ページ: L35 (5pp)

    • DOI

      10.1088/2041-8205/804/2/L35

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] IMPACT OF NEUTRINO FLAVOR OSCILLATIONS ON THE NEUTRINO-DRIVEN WIND NUCLEOSYNTHESIS OF AN ELECTRON-CAPTURE SUPERNOVA2015

    • 著者名/発表者名
      Else Pllumbi , Irene Tamborra , Shinya Wanajo , Hans-Thomas Janka , and Lorenz Huedepohl
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 808 ページ: 188 (19pp)

    • DOI

      10.1088/0004-637X/808/2/188

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] The r-process in the ejecta of neutron star mergers2015

    • 著者名/発表者名
      Shinya Wanajo
    • 学会等名
      Symposium on ‘Quarks to Universe in Computational Science
    • 発表場所
      奈良春日野国際フォーラム(奈良県・奈良市)
    • 年月日
      2015-11-04 – 2015-11-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The r-process and electromagnetic emission from neutron star mergers2015

    • 著者名/発表者名
      Shinya Wanajo
    • 学会等名
      GRB Workshop 2015
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県・和光市)
    • 年月日
      2015-08-31 – 2015-09-02
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nucleosynthesis of r-process elements in the ejecta from supernovae and neutron star mergers2015

    • 著者名/発表者名
      Shinya Wanajo
    • 学会等名
      First stars, galaxies, and black holes: Now and Then
    • 発表場所
      University of Groningen (Groningen, Netherlands)
    • 年月日
      2015-06-15 – 2015-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Nucleosynthesis with multi-dimensional supernova models2015

    • 著者名/発表者名
      Shinya Wanajo
    • 学会等名
      F.O.E. Fifty-One Erg
    • 発表場所
      North Carolina State University (Raleigh, USA)
    • 年月日
      2015-06-01 – 2015-06-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超新星ニュートリノ加熱物質中の元素合成2015

    • 著者名/発表者名
      和南城伸也
    • 学会等名
      宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2015-05-15 – 2015-05-17
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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