A unified understanding of r-process nucleosynthesis from gravitational wave and kilonova observations

从引力波和千新星观测中对r过程核合成的统一理解

基本信息

批准号：
21H01087
负责人：
西村信哉
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究計画では、宇宙における重元素生成のうち、金やプラチナ、ウラン等のアクチノイドの起源であるrプロセスを対象とする。rプロセスは、連星中性子星の合体や超新星などの爆発的な天体環境で起こると考えられる。rプロセス元素合成の起こる環境では、高い中性子数密度により中性子捕獲が爆発的に進み、大量の中性子過剰核が形成される。それらの中性子過剰核の多くは実験で確認されておらず、現在行われているrプロセスの計算では不定性の大きい理論予測値に基づいている。本研究計画では、中性子過剰核の反応・崩壊率の理論計算をアップデートし、rプロセス計算に適用し影響を調べる。さらに、原子核の不定性を考慮したモンテカルロ元素合成計算を用いて、不定性の定量的な評価とともに重要な反応率を同定する。本年度は、主として中性子過剰核に関する崩壊の分岐比の計算と核分裂の動力学計算において進展があった。中性子過剰核がベータ崩壊することで、新たな核種の励起状態が得られるが、その後、ガンマ線を放出し脱励起するか中性子を出す、あるいは、重い核では核分裂する。これらの違いは原子核の構造によるが、この分岐比はrプロセス元素合成への影響が大きい。我々は、最新の理論計算により核図表の広い範囲にわたって、この値を計算した。ウランやより重い超重元素などは核分裂を引き起こす。分裂は確率過程であり、実際にどのような分布になるかは動力学計算を用いて評価する必要がある。我々は中性子過剰核でも未到の領域を対象に核分裂計算を行い、核分裂分布を計算した。また、我々は、以上の反応・崩壊率のアップデートに基づいて、モンテカルロ元素合成計算により諸量の影響を調べた。同じ計算の枠組みで陽子過剰核での元素合成についても着目し、中性子過剰核で今のところ達成できない核反応の実験について最新の反応率を評価し、元素合成への影響を調べた。

该研究项目的重点是r过程，它是宇宙中重元素生产中金、铂和铀等锕系元素的起源。 r过程被认为发生在爆炸性天文环境中，例如双中子星合并和超新星。在发生r过程核合成的环境中，由于中子数密度高，中子捕获爆炸性地进行，并形成大量的富中子核。这些富中子核中有许多尚未得到实验证实，目前r过程的计算都是基于理论预测，具有很大的不确定性。在这个研究项目中，我们将更新富中子核反应和衰变速率的理论计算，并将其应用于r过程计算以检验其影响。此外，通过使用考虑核不确定性的蒙特卡罗核合成计算，我们定量评估不确定性并确定重要的反应速率。今年主要在富中子核衰变分支比计算和核裂变动力学计算方面取得进展。富中子核经历β衰变，导致核素进入新的激发态，然后发射伽马射线并去激发，释放中子，或者在重核中经历裂变。这些差异取决于原子核的结构，但这种分支比对 r 过程核合成有很大影响。我们使用最新的理论计算在各种核图上计算了这个值。铀和较重的超重元素会引起核裂变。分裂是一个随机过程，实际的分布需要通过动态计算来评估。我们对富中子核中尚未达到的区域进行了核裂变计算，并计算了裂变分布。此外，基于上述反应和衰变速率的更新，我们通过蒙特卡罗核合成计算研究了各种量的影响。使用相同的计算框架，我们还关注富质子核中的核合成，评估了目前富中子核无法实现的核反应实验的最新反应速率，并研究了其对核合成的影响。