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論文

Empirical abundance scaling laws and implications for the $$gamma$$ process in core-collapse supernovae

早川 岳人; 岩本 信之; 梶野 敏貴*; 静間 俊行; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

Astrophysical Journal, 685(2), p.1089 - 1102, 2008/10

 被引用回数:20 パーセンタイル:43.82(Astronomy & Astrophysics)

太陽系には約290種類の安定同位体が存在している。鉄より重い元素の約99%は中性子の捕獲反応で生成されたことが判明している。その一方で、陽子過剰領域側には中性子の捕獲反応では生成できない$$p$$核と呼ばれる35核種類の同位体が存在している。われわれは太陽組成を分析して$$p$$核の組成に関する経験則を発見した。この経験則は35核種類の$$p$$核のうち27核種が超新星爆発の光核反応で生成された証拠である。さまざまな天体環境における超新星爆発の元素合成モデル計算を行い、この経験則が発現するメカニズムを解明した。また、残りの8核種の$$p$$核の天体起源について議論した。

論文

Supernova nucleosynthesis in the early universe

冨永 望*; 梅田 秀之*; 前田 啓一*; 野本 憲一*; 岩本 信之

Proceedings of the International Astronomical Union, Volume 4, Symposium S255, p.189 - 193, 2008/06

宇宙で最初の重元素は種族IIIの超新星爆発によって作られた。その痕跡は超金属欠乏星の組成パターンとして残されている。われわれは超金属欠乏星の組成パターンと超新星爆発の元素合成計算から得られたイールドとを比較することにより、種族III超新星における元素合成の性質を調べた。この研究では特に(1)エネルギー注入率を変えたジェット状超新星爆発、及び(2)爆発エネルギーと初期質量を変えた球対称超新星爆発による元素合成に注目している。得られた計算結果によると、超金属欠乏星の多様性[(1)低金属量における高い[C/Fe]比,(2)金属量の変化に伴う組成比の変化の傾向]は種族III超新星の多様性によって説明できることを明らかにした。

論文

Supernova nucleosynthesis and extremely metal-poor stars

冨永 望*; 梅田 秀之*; 前田 啓一*; 岩本 信之; 野本 憲一*

AIP Conference Proceedings 1016, p.49 - 54, 2008/05

2次元特殊相対論的流体コードを用いて種族III 40$$M$$$$_odot$$のジェット状超新星爆発における流体的及び元素合成的な性質を調べ、計算で得られたイールドの組成パターンを金属欠乏星のものと比較した。その結果、鉄族元素の放出及び元素合成を受けていない物質のフォールバックにより超金属欠乏星の組成パターンを再現できることを示した。また、エネルギー注入率の異なるジェット状爆発により金属欠乏星の組成パターンの違いを説明できることを明らかにした。

論文

Spectroscopic studies of extremely metal-poor stars with the subaru high-dispersion spectrograph, 4; The $$alpha$$-element-enhanced metal-poor star BS 16934-002

青木 和光*; 本田 敏志*; Beers, T. C.*; 比田井 昌英*; 岩本 信之; 冨永 望*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*; Norris, J. E.*; Ryan, S. G.*

Astrophysical Journal, 660(1, Part1), p.747 - 761, 2007/05

 被引用回数:39 パーセンタイル:25.02(Astronomy & Astrophysics)

以前の元素組成解析で、MgとScが非常に豊富であることが知られていた超金属欠乏星BS16934-002に対して、さらに詳しい元素組成解析を行った。典型的な金属欠乏星であるHD122563の組成との比較から、BS16934-002は、O, Na, Mg, Al、並びにScの過剰が明らかとなった。しかしながら、炭素,窒素、及び$$alpha$$-元素の過剰で知られる超金属欠乏星CS22949-037とCS29498-043とは異なり、炭素と窒素の過剰は見られなかった。このような特異な組成を持った星の元素組成の起源を説明できるモデルはこれまで存在しなかったので、この研究では超新星爆発を起こす前に多くの外層質量を失った大質量星モデルを仮定し、超新星爆発後の元素合成結果との比較及び議論をしている。

論文

The Connection between $$gamma$$-ray bursts and extremely metal-poor stars; Black hole-forming supernovae with relativistic jets

冨永 望*; 前田 啓一*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*; 田中 雅臣*; 岩本 信之; 鈴木 知治*; Mazzali, P. A.*

Astrophysical Journal, 657(2, Part2), p.L77 - L80, 2007/03

 被引用回数:100 パーセンタイル:6.48(Astronomy & Astrophysics)

長い継続時間を持つ$$gamma$$線バースト(GRB)は明るく大きなエネルギーを持ったIc型超新星(このような超新星は極超新星(HNe)と呼ばれる)と関連があると考えられている。しかし、最近発生したGRB060505と060614では、超新星が観測されなかった。このことから超新星の明るさの上限は、GRBに付随するHNe(GRB-HNe)の約100倍も暗いと推測された。この上限値は、放出された$$^{56}$$Niの質量では、約$$10^{-3}M_odot$$に対応する。このように少ない$$^{56}$$Ni放出量は、暗いII型超新星として観測されている。HNeや暗い超新星は金属欠乏星の形成にも関連していると考えられている。この論文では、相対論的ジェットにより誘発された40$$M_odot$$の爆発モデルを用いて、爆発や元素合成が計算されている。このモデルは、GRB-HNeや明るい超新星を伴わないGRBを統一的な手法で説明することができる。その結果として、われわれは、明るい超新星を持たないGRBでは$$10^{-4}-10^{-3}M_odot$$、又は、$$10^{-6}M_odot$$$$^{56}$$Niが合成されていると予想する。

論文

Principle of universality of $$gamma$$-process nucleosynthesis in core-collapse supernova explosions

早川 岳人; 岩本 信之; 梶野 敏貴*; 静間 俊行; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

Astrophysical Journal, 648(1, Part2), p.L47 - L50, 2006/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:52.25(Astronomy & Astrophysics)

コア爆縮型超新星爆発モデルを用いて、$$gamma$$過程の普遍性の原理を追及した。$$gamma$$過程の普遍性とは個々の独立した超新星爆発において、光核反応で生成されるp核と呼ばれる同位体と、元の原子核であるs核と呼ばれる同位体の量の比が元素に関係なく一定であるという現象である。この$$gamma$$過程の普遍性は、次の3つのメカニズムによって発現することが判明した。まず、超新星爆発以前に発生するs過程によって元の原子核の質量分布が変化することである。次に、光核反応で生成されるp核と元のs核の比が原子核反応に依存しないという事実である。最後が、p核が生成される$$gamma$$過程の発生する領域が移動することである。われわれの計算は、これまで知られていた普遍性を拡張した。p核とs核の比が一定であるばかりでなく、s/pの値が特別な値である3になるという普遍性である。この拡張された普遍性を検証するために、インジウムの同位体分離を伴った天体観測を提唱する。

論文

Explosive nucleosynthesis in different ${it Y$_{e}$}$ conditions

岩本 信之; 梅田 秀之*; 野本 憲一*; 冨永 望*; Thielemann, F. K.*; Hix, W. R.*

AIP Conference Proceedings 847, p.409 - 411, 2006/07

金属欠乏星の組成分布は超新星モデルにより全体的にはよく再現されているが、ScやKに対してはモデルによる合成量が少なすぎるために問題となっていた。しかし、最近の超新星シミュレーションによれば、中心に近い放出物質は大量のニュートリノ放射を受けるために、その物質本来の${it Y$_{e}$}$(核子1個あたりの電子数)から大きく変化し${it Y$_{e}$}$ $$>$$0.5を超えることもあることが報告された。そして、この環境における爆発的元素合成では、ScやZnが多く作られることが示された。われわれは種族IIIの超新星において爆発的Si燃焼が起こる領域の${it Y$_{e}$}$を0.48$$sim$$0.58まで変化させて元素合成計算を行った。この結果を使ってSc, K, Znなどの合成量の${it Y$_{e}$}$依存性を議論し、金属欠乏星で観測された組成分布と比較した。

論文

Chemical abundances in the secondary star of the black hole binary V4641 Sagittarii (SAX J1819.3-2525)

定金 晃三*; 新井 彰*; 青木 和光*; 有本 信雄*; 比田井 昌英*; 大西 高司*; 田実 晃人*; Beers, T. C.*; 岩本 信之; 冨永 望*; et al.

Publications of the Astronomical Society of Japan, 58(3), p.595 - 604, 2006/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:70.86(Astronomy & Astrophysics)

ブラックホール連星にある伴星V4641 Sgrについて分光観測を行い、10元素についてその存在比を得た。その結果、NとNaが太陽と比べて、それぞれ0.8dex程度過剰であることを見いだした。また、ほかの元素(C, O, Mg, Al, Si, Ti, Cr, Fe)を二つの典型的な晩期型B型星と比べた結果、それらの星の組成比の間には顕著な違いがなく、太陽組成と同じであった。V4641 Sgrで観測された組成を説明するようなモデルを構築した結果、ブラックホールの親星の最期に起きた超新星は、Ni-56を放出しない暗いタイプのものであったという示唆を得た。

論文

Evidence for p-process nucleosynthesis recorded at the solar system abundances

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

European Physical Journal A, 27(S1), p.123 - 128, 2006/03

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

ビックバンで、水素からリシウムまでの軽元素が生成された。より重い元素は、銀河系内に存在した、さまざまな恒星の中の核反応で生成され、星間物質に蓄積されていった。その中から、約46億年前に太陽系が誕生した。そのため、太陽組成には過去に行われた銀河系内の元素合成が記録されている。鉄より重い重元素の約99%は、2つの中性子捕獲反応過程で生成されたことが判明している。その一方で、中性子では生成できないp核と呼ばれる原子核が存在しており、過去50年間にわたり天体起源が研究されてきた。これまで提案された仮説は、高エネルギー宇宙線により破砕反応,中性子のX線バーストによる急速な陽子捕獲反応,超新星爆発の光核反応による生成,超新星爆発のニュートリノ反応による生成等である。われわれは、太陽組成から、このp核が、中性子で生成された種となる原子核から、超新星爆発のような膨大な光による光核反応で生成された証拠を発見した。

論文

Scaling relations for the supernova $$gamma$$-process and the $$^{176}$$Lu nuclear cosmochronometer

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

Nuclear Physics A, 758, p.525c - 528c, 2005/07

太陽系に存在する重元素は、太陽系生成以前に存在した恒星の中で生成された。そのため、太陽系に存在する元素の同位体比(太陽組成)は、過去の元素生成を記録している。われわれは、太陽組成を分析して、p核と呼ばれる陽子過剰領域側に存在する安定同位体と、s核と呼ばれるベータ安定線に存在する安定同位体の比に、スケーリング則が存在することを発見した。これは、p核が、超新星爆発のような膨大な光が発生する環境下で、s核から光核反応で生成されたことを示す証拠である。これは、$$gamma$$過程と呼ばれる元素合成モデルと一致する。また、$$gamma$$過程において生成されるp核とs核の比が広い質量領域にわたって一定であるという$$gamma$$過程の普遍性を提案する。さらに、このスケーリング則を応用することで超新星爆発の新しい原子核宇宙時計を提案する。

論文

The First chemical enrichment in the universe and the formation of hyper metal-poor stars

岩本 信之; 梅田 秀之*; 冨永 望*; 野本 憲一*; 前田 啓一*

Science, 309(5733), p.451 - 453, 2005/07

 被引用回数:189 パーセンタイル:2.36(Multidisciplinary Sciences)

鉄/水素比が太陽の10万分の1という超金属欠乏星の発見は、これらの星が本当に宇宙で最初に形成された第一世代の小質量星であるのか、という問題を提起した。われわれは、これらの星が第一世代の超新星によって放出された水素やヘリウムよりも重い元素を多く含むガスから誕生した第二世代の星であると主張している。この問題の鍵となるのが、超金属欠乏星で見られる非常に特異な組成分布とその類似点及び相違点である。われわれは、物質混合とフォールバックを仮定した重力崩壊型の暗い超新星により、これらの組成の特徴を再現できることを示した。

論文

Evidence for nucleosynthesis in the supernova $$gamma$$ process; Universal scaling for $$p$$-nuclei

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

Physical Review Letters, 93(16), p.161102_1 - 161102_4, 2004/10

 被引用回数:50 パーセンタイル:13.68(Physics, Multidisciplinary)

太陽系に存在している重元素は、太陽系生成以前に存在した恒星中の元素合成過程で生成された。そのため、太陽系の元素比・同位体比(太陽組成)は、過去の元素合成過程を記録している点で重要である。鉄より重たい重元素の約99%は、s核,r核と呼ばれ、中性子捕獲反応過程によって生成されたと考えられている。その一方で、陽子過剰領域側には小さい同位体比(0.1%から1%程度)を持つp核と呼ばれる原子核が存在しており、その起源は確定していない。われわれは、太陽組成の解析を行い、p核と、p核より中性子数が2個多いs核の同位体比に比例関係が存在する経験則を発見した。これは、$$gamma$$過程、すなわち膨大な光が発生する超新星爆発において、s核からp核が($$gamma$$,n)光核反応で生成されたことを示す証拠である。さらに、この経験則から、超新星爆発の環境に寄らない$$gamma$$過程の普遍性,銀河系の化学的進化に対して重要な新しいパラメーター,超新星爆発の原子核宇宙時計、の3つの新しい概念を提案する。

口頭

Universality of the p-process nucleosynthesis in supernova explosions and scaling laws for p- and s-process nuclei in the solar system abundances

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

no journal, , 

われわれは、超新星爆発の光核反応によって、太陽系に存在する重元素の一部が生成された証拠を発見した。この元素合成過程をp過程と呼び、生成された原子核をp核と呼ぶ。また、遅い中性子捕獲反応過程で生成された原子核をs核と呼ぶ。同じ原子番号を持つp核とs核の同位体比の間に一定の関係があることをわれわれが発見した。この関係をスケーリング則と呼ぶ。このスケーリング則は、p核が超新星爆発の光核反応でs核から生成された証拠である。また、われわれは太陽系に存在する元素にこのスケーリング則が成り立っていることから、p過程に対するこれまで知られていなかったp過程の普遍性を発見した。この普遍性は、p過程が特定の環境のみで発生するか、p過程はさまざまな環境で発生するがスケーリング則は天体環境に依存しないか、のどちらかを示す。これは、p過程の理解にとって本質的な問題である。われわれは理論計算によりp過程の普遍性の原理を探求した。

口頭

Population III supernovae and the abundance pattern of UMP stars

岩本 信之; 梅田 秀之*; 冨永 望*; 野本 憲一*; 前田 啓一*

no journal, , 

鉄/水素比が太陽の1/100,000より小さい超金属欠乏星の発見により、超金属欠乏星が実際に宇宙における第一世代の小質量星であるのかどうかという問題が生じている。われわれはこれらの星が第二世代の星であり、第一世代として誕生し爆発した超新星によって放出されたさまざまな元素によって汚染されたガスから誕生したことを明らかにした。この問題を解く鍵となったのは、これらの星が持つ非常に特異な組成分布である。われわれは超新星爆発時に星内部で大規模な混合が起こり、中心付近で合成された鉄族元素などは外側へもたらされ、ごくわずかな量だけ放出されるが、数日後には混合が起こった領域の大部分は強い重力のために、中心に落下して(フォールバック)ブラックホールを形成するというシナリオを用いた。そして、超金属欠乏星や他の鉄/水素比が太陽の1/1,000程度までの金属欠乏星に対しても観測された組成分布を再現することができた。また、このような大規模なフォールバックを起こした超新星はNi-56の放出量が少ないために、超新星の後期の明るさが典型的な超新星と比べてはるかに暗い超新星であったと考えられる。

口頭

超新星爆発の光核反応による重元素合成過程の普遍性

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

no journal, , 

p核と呼ばれる太陽系に存在する希少な安定同位体が、p過程と呼ばれる超新星爆発の光核反応過程で生成された証拠を発見した。これは、同じ陽子数を持つp核とs核(おもに遅い中性子捕獲反応過程で生成された原子核)の同位体比が質量数に関係なく、ほぼ一定であるという経験則である。この経験則から、超新星爆発を起こす大質量星の物理特性(質量,金属量等)に関係なく、生成されたp核とs核の比が一定であるという、「p過程の普遍性」が導かれる。これは全く新しい概念である。異なる物理特性を持つ超新星爆発モデルによる経験則の検証を行い、その発生するメカニズムの解明を行った。

口頭

Universality of the p process

早川 岳人; 岩本 信之; 梶野 敏貴*; 静間 俊行; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

no journal, , 

超新星爆発の光核反応によってp核と呼ばれる希少な安定同位体が生成されたことは、太陽組成に発見された経験則によって明らかになっている。一般に、重元素を生成した恒星は、異なる質量,金属量,爆発エネルギー等の物理量を持つ。そのため、個々の恒星で生成された重元素の質量パターンは異なると考えられる。しかし、われわれの太陽組成に関する発見は、恒星の物理特性に関係なく、経験則が成り立つことを示唆していた。われわれは、さまざまな物理パラメータを持つ大質量星の重力崩壊による超新星爆発の理論モデルの計算を行い、その経験則が成り立つこと及び、そのメカニズムを導いた。

口頭

Universality of photodisintegration reaction nucleosynthesis in supernovae

早川 岳人; 岩本 信之; 梶野 敏貴*; 静間 俊行; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

no journal, , 

超新星爆発では膨大な光が発生し、その光のエネルギーはメガエレクトロンボルトの$$gamma$$線領域に達する。そのような高いエネルギーの光は原子核と反応し、新しい同位体を生成する。このような光核反応による元素の生成過程に普遍性があることをわれわれは既に提唱していた。本研究では、この普遍性のメカニズムを超新星爆発のモデル計算によって明らかにした。

口頭

超新星爆発の光核反応の元素合成過程

早川 岳人; 岩本 信之; 梶野 敏貴*; 静間 俊行; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

no journal, , 

光の宇宙において最も重要な役割の一つは超新星爆発における光核反応による新しい重元素の生成である。水素,ヘリウム等の軽元素はビックバンでおもに生成されたが、より重い元素は恒星の中の核反応で生成された。特に鉄より重い元素のほとんどがs過程,r過程と呼ばれる2つの中性子捕獲反応によって生成されたことは太陽組成の分析,天体観測等によって明らかになっている。一方で、s過程やr過程では生成できない重元素の同位体が存在している。これらの同位体はp核と呼ばれ、過去50年間に渡りその天体起源が議論されてきた。われわれは既にこのp核が超新星爆発の光核反応によって生成された証拠を太陽組成に発見している。この太陽組成の分析をすすめ、他の天体起源の寄与を理論計算によって補正することで、より明確な証拠であることを示した。

口頭

Universality of supernova $$gamma$$-process

早川 岳人; 岩本 信之; 梶野 敏貴*; 静間 俊行; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

no journal, , 

太陽系に存在する同位体の一部が、$$gamma$$過程と呼ばれる超新星爆発の光核反応で生成された証拠が近年発見された。また、その光核反応で生成された同位体の分布が一定の分布であることが判明している。このことを称して、$$gamma$$過程の普遍性と呼ぶ。われわれは、さまざまな物理条件を持つ超新星爆発における$$gamma$$過程の理論計算を行い、そのメカニズムを解明した。また、その過程で$$gamma$$過程における新しい同位体の生成量が、中性子が少ない同位体における($$gamma$$,$$alpha$$)反応に強く依存することが判明した。

口頭

Empirical solar abundance scaling laws of supernova $$gamma$$-process isotopes

早川 岳人; 岩本 信之; 梶野 敏貴*; 静間 俊行; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

no journal, , 

太陽系は星間ガスから誕生した。星間ガスを構成する物質は、銀河系誕生後にさまざまな恒星の中の核反応で生成された。そのため、太陽組成は過去に存在した恒星における元素生成を記録している。このような中、太陽組成を分析し超新星爆発の$$gamma$$過程と呼ばれる光核反応で元素が生成されたことを示すスケーリング則を発見した。このスケーリング則を再現するように、さまざまな状況下の超新星爆発モデル計算を進め超新星爆発の$$gamma$$過程のメカニズムの解明をすすめた。その結果、太陽組成にスケーリング則が顕在化する理由を明らかにし、宇宙におけるスケーリング則が普遍的に存在する可能性を明らかにした。

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