The origin and cosmic time evolution of r-process elements and the event rate of supernovae, collapsars and neutron star mergers

r过程元素的起源和宇宙时间演化以及超新星、塌缩星和中子星合并的事件率

• 批准号: 21J11453
• 负责人: 山崎 雄太
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11453/
• 关键词: 銀河化学進化; 超新星爆発; 連星中性子星合体; コラプサー; 元素合成; νpプロセス

本研究の目的はさまざまな爆発的天体現象をフェアに考慮しながら、各天体において発生するrプロセスにおいて生成される元素の進化を解明することで、過去・現在・未来の宇宙に存在する元素の起源と歴史をあきらかにすることである。1. rプロセス元素の銀河化学進化計算の整備: rプロセスで生成される元素について、複数のrプロセス起源天体からの寄与を考慮しながら同位体までをトレースする銀河化学進化計算の枠組みを整備をした。（Yamazaki, et al., 2022, Apj, 933(1), 112）従来から候補天体として議論されてきた超新星爆発や、重力波の検出以降非常に注目されている連星中性子星合体に加え、コラプサーからの寄与も銀河化学進化に含めた。連星中性子星合体の発生頻度については連星系の重力波放出による軌道進化を考慮し計算した。本研究により、rプロセスで合成される核種の同位体組成比を理論的に予言された。今後の天文観測により、銀河系の星々において同位体の分離に成功することで、各rプロセス候補天体の寄与に重要な制限をつけることが可能となった。2. 全ての元素合成過程を考慮した化学進化モデルの精緻化と観測による評価と制限: 各元素合成過程はその過程ごとに特有な核種を生成する。rプロセスが発生するような爆発的な天体現象ではニュートリノが放出され、νpプロセスという元素合成過程も発生することが近年明らかになった。この過程は陽子過剰な核種(p核)を生成する。p核とrプロセスで生成される中性子過剰な核種(r核)を同時に計算し観測結果と比較することで、銀河化学進化モデルの精緻化を行った。(Sasaki, Yamazaki, et al., 2022, ApJ 924, 29)

这项研究的目的是阐明每个天体中发生的r过程中产生的元素的演化，同时公平考虑各种爆炸性天体现象的起源和历史。 1. 开发 r 过程元素的星系化学演化计算：开发一个计算 r 过程中产生的元素的星系化学演化的框架，该框架在追踪同位素的同时考虑到多个 r 过程源物体的贡献。 （Yamazaki, et al., 2022, Apj, 933(1), 112）除了长期以来作为候选天体讨论的超新星爆炸，以及自引力波探测以来备受关注的双中子星并合，坍缩者的贡献也包含在星系化学演化中。双中子星合并的频率是通过考虑双星系统引力波发射引起的轨道演化来计算的。本研究从理论上预测了r过程中合成的核素的同位素组成比。未来的天文观测将使我们能够成功分离银河系恒星中的同位素，从而使我们能够对每个 r 过程候选天体的贡献施加重要的限制。 2.考虑所有核合成过程的化学演化模型的细化，并通过观察进行评估和限制：每个核合成过程都会产生独特的核素。近年来，人们发现，r过程等爆炸性天体现象会释放中微子，并且还会发生称为νp过程的核合成过程。该过程产生富质子核素（p 核）。通过同时计算r过程产生的p核和富中子核素（r核）并将结果与​​观测结果进行比较，我们完善了星系化学演化模型。 (Sasaki, Yamazaki, et al., 2022, ApJ 924, 29)

项目成果

The possibility to find a clue of nucleosynthesis in explosive astrophysical events

在爆炸性天体物理事件中找到核合成线索的可能性

• 发表时间: 2022
• 作者: Marina Kawai;Takayuki Katoh;Hiroaki Suga;Yuta Yamazaki
• 通讯作者: Yuta Yamazaki

Possibility to Identify the Contributions from Collapsars, Supernovae, and Neutron Star Mergers from the Evolution of the r-process Mass Abundance Distribution

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac721c
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Y. Yamazaki;Zhenyu He;T. Kajino;G. Mathews;M. Famiano;Xiao-Dong Tang;Jian-rong Shi

Possibility to identify the contributions from collapsars, SNe, and NSMs from the evolution of the r-process mass abundance distribution

可以从 r 过程质量丰度分布的演化中识别塌缩星、超新星和 NSM 的贡献

• 发表时间: 2022
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Yuta Yamazaki;Zhenyu He;Toshitaka Kajino;Grant J. Mathews;Michael A. Famiano;Xiaodong Tang and Jianrong Shi
• 通讯作者: Xiaodong Tang and Jianrong Shi

The comprehensive understanding of the elemental evolution of the r-process and vp-process elements

对r-process和vp-process元素的元素演化的全面理解

• 发表时间: 2022
• 作者: Marina Kawai;Takayuki Katoh;Toru Sengoku;Hiroaki Suga;鶴成優太郎，藤原歩，芳田嘉志，大山順也，町田正人;山崎雄太
• 通讯作者: 山崎雄太

"Isotopic abundance: the key to understand the origin of heavy elements"

“同位素丰度：了解重元素起源的关键”

• 发表时间: 2021
• 作者: Ayumi Fujiwara;Yutaro Tsurunari;Hiroshi Yoshida;Junya Ohyama;Takeshi Miki;Tetsuya Yamada;Masaaki Haneda;Masato Machida;Yuta Yamazaki
• 通讯作者: Yuta Yamazaki