Fe and Pu deposited on Earth constrain the r-process yields of recent nearby supernovae

太陽系近傍で近年起こった超新星爆発のr過程におけるFeとPuの生成率

Wallner, A.*; Froehlich, M. B.*; Hotchkis, M. A. C.*; 木下 哲一*; Paul, M.*; Martschini, M.*; Pavetich, S.*; Tims, S. G.*; Kivel, N.*; Schumann, D.*; 本多 真紀   ; 松崎 浩之*; 山形 武靖*

Wallner, A.*; Froehlich, M. B.*; Hotchkis, M. A. C.*; Kinoshita, N.*; Paul, M.*; Martschini, M.*; Pavetich, S.*; Tims, S. G.*; Kivel, N.*; Schumann, D.*; Honda, Maki; Matsuzaki, Hiroyuki*; Yamagata, Takeyasu*

鉄よりも重い元素の半分は、極短時間に無数の中性子を捕獲する過程(r過程)によって生成される。理論的研究によって、このr過程の物理的な条件や基礎課程は明らかになってきているが、その天体サイトと元素合成量に関してはいまだに議論の的で、超新星爆発や中性子星合体などが候補に挙がっている。我々のグループでは、太平洋で採取したマンガンクラスト試料から太陽系外起源の超微量のFe(半減期260万年)とPu(半減期8,060万年)を加速器質量分析で定量した。Feは主に巨大質量の星が爆発(超新星爆発)してその一生を終えるときに形成・放出される一方で、Puはr過程のみで生成される。Feの分析結果からは過去1,000万年の間に太陽系近傍で起こった2つの異なる重力崩壊型の超新星爆発によるFeの地球への流入があったことが明らかになった。Pu/Feの流入比は、どちらの重力崩壊型の超新星爆発でも同様の値であった。Puの分析結果から求めたPuの地球への流入量は、超新星爆発がr過程を支配していると仮定した理論予想値よりも低かった。つまり本研究結果は、超新星爆発がr過程を支配しているのではなく、中性子星合体など他の寄与があることを示唆している。

Half of the chemical elements heavier than iron are produced by the rapid neutron capture process (r-process). The sites and yields of this process are disputed, with candidates including some types of supernovae (SNe) and mergers of neutron stars. We search for two isotopic signatures in a sample of Pacific Ocean crust-iron-60 (Fe) (half-life, 2.6 million years), which is predominantly produced in massive stars and ejected in supernova explosions, and Pu (half-life, 80.6 million years), which is produced solely in r-process events. We detect two distinct influxes of Fe to Earth in the last 10 million years and accompanying lower quantities of Pu. The Pu/Fe influx ratios are similar for both events. The Pu influx is lower than expected if SNe dominate r-process nucleosynthesis, which implies some contribution from other sources.