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2014 年度 実績報告書

コンパクト天体連星合体における質量放出とR過程元素合成による電磁波放射

公募研究

研究領域重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
研究課題/領域番号 25103512
研究機関京都大学

研究代表者

関口 雄一郎  京都大学, 基礎物理学研究所, 研究員 (50531779)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード宇宙物理学 / 重力波 / 元素合成
研究実績の概要

コンパクト天体連星の合体は地上重力波干渉計に対する有望な重力波源である。検出効率および信頼性を上げるためには、重力波に付随する電磁波対応現象の観測が重要となるが、現在のところ、連星合体時に放出される中性子過剰物質中で進行するr過程元素合成からの崩壊熱をエネルギー源とする赤外・可視・紫外光放射が有望視されている。
そこで本研究では、連星中性子星合体の数値相対論ニュートリノ輻射流体シミュレーションを行い、合体時における放出物質の動力学的・熱力学的・化学的特性について調べ、そこでどのような元素合成が進行するかを明らかにし、その結果として発生する崩壊熱を計算した。前年度に構築した共同研究体制に則り、連星合体シミュレーションは関口が行い、r過程元素合成計算は西村信哉氏(Keel大学)、和南城伸也氏(理化学研究所)との共同研究で行った。その結果、(1)放出物質の性質は中性子星を記述する状態方程式に強く依存するが、(2)原子核物理実験及び中性子星観測から示唆される状態方程式を用いた場合に大質量の物質放出が期待され、(3)そのために高光度の電磁波放射現象が付随しうることが明らかとなった。
さらに、本研究は、重力波に付随する電磁波対応天体としての観点のみならず、宇宙における、「重元素の起源」の観点からも重要な意味を持つことが明らかとなった。すなわち、実験および観測が示唆する状態方程式を用いた場合に得られた元素合成のパターンが、太陽系の元素組成観測結果とよく一致し、そのため、連星中性子星の合体が重元素の起源であることを強く示唆する結果が得られた。この結果に基づき、従来有力視されてきた超新星爆発に代わる新たな重元素合成のパラダイムを提示した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 7件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Dynamical mass ejection from binary neutron star mergers: Radiation-hydrodynamics study in general relativity2015

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, and Masaru Shibata
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 91 ページ: 064059-1, 7

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.91.064059

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nucleosynthesis in the ejecta of neutron star mergers2014

    • 著者名/発表者名
      Shinya Wanajo, Yuichiro Sekiguchi, Nobuya Nishimura, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, and Masaru Shibata
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1594 ページ: 266, 271

    • DOI

      10.1063/1.4874080

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Production of All the r-process Nuclides in the Dynamical Ejecta of Neutron Star Mergers2014

    • 著者名/発表者名
      Shinya Wanajo, Yuichiro Sekiguchi, Nobuya Nishimura, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, and Masaru Shibata
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 789 ページ: L39-1, L39-6

    • DOI

      10.1088/2041-8205/789/2/L39

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High resolution numerical relativity simulations for the merger of binary magnetized neutron stars2014

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Yuichiro Sekiguchi, Masaru Shibata, and Tomohide Wada
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 90 ページ: 041502-1, 5

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.90.041502

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] コンパクト天体連星合体における中性子過剰物質放出2015

    • 著者名/発表者名
      関口雄一郎、木内建太、久徳浩太郎、柴田大
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Exploring physics of dense matter using gravitational waves from binary neutron star merger2015

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi
    • 学会等名
      Hadrons and Hadron Interactions in QCD 2015
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2015-02-15 – 2015-03-21
  • [学会発表] 連星中性子星合体2015

    • 著者名/発表者名
      関口雄一郎
    • 学会等名
      コンパクト連星合体からの重力波・電磁波放射とその周辺領域
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2015-02-12 – 2015-02-14
    • 招待講演
  • [学会発表] On Compact binary mergers, Short GRBs, and r-process nucleosynthesis2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi
    • 学会等名
      CoCoNuT Meeting 2014
    • 発表場所
      University of Valencia, Valencia, Spain
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-28
  • [学会発表] Exploring physics of dense matter using gravitational waves from binary neutron star merger2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi
    • 学会等名
      Quarks and Compact Stars 2015
    • 発表場所
      KIAA at Peking University, Beijing, China
    • 年月日
      2014-10-20 – 2014-10-22
    • 招待講演
  • [学会発表] コンパクト連星2014

    • 著者名/発表者名
      関口雄一郎
    • 学会等名
      High-Energy Astrophysics & Astroparticle Physics 2014 : Cosmic PeVatron
    • 発表場所
      KEK
    • 年月日
      2014-10-14 – 2014-10-16
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutron star merger, gravitational waves, and the dense matter equation of state2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi
    • 学会等名
      Fourth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the American Physical Society and The Physical Society of Japan
    • 発表場所
      Hilton Waikoloa Village Island of Hawaii
    • 年月日
      2014-10-07 – 2014-10-11
    • 招待講演
  • [学会発表] 連星中性子星合体からの質量放出とその状態方程式依存性2014

    • 著者名/発表者名
      関口雄一郎、木内建太、久徳浩太郎、柴田大
    • 学会等名
      日本天文学会2014年秋季年会
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [学会発表] Collapsar scenario and NS-NS mergers2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi
    • 学会等名
      超新星・ガンマ線バースト研究会 2014
    • 発表場所
      理化学研究所
    • 年月日
      2014-08-25 – 2014-08-27
    • 招待講演
  • [学会発表] On Compact binary mergers, Short GRBs, and r-process nucleosynthesis2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi
    • 学会等名
      The r-process: status and challenges
    • 発表場所
      INT, University of Washington, Seattle, USA
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-08-01
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutrinos and neutron star mergers2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sekiguchi
    • 学会等名
      Binary Neutron Star Coalescence as a Fundamental Physics Laboratory
    • 発表場所
      INT, University of Washington, Seattle, USA
    • 年月日
      2014-06-30 – 2014-07-27
    • 招待講演
  • [備考] 金やウランなどの重い元素は中性子星の合体で作られた可能性が高い

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/140717_1.html

  • [備考] 金やウランなどの重い元素は中性子星の合体で作られた可能性が高い

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140717_2/

  • [備考] 連星中性子星の合体とブラックホールの進化過程に新解釈

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/140901_1.html

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公開日: 2016-06-01  

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