Properties of Supernova Explosions of First Stars and Connections to Blackhole Formation as Gravitational Wave Sources

第一代恒星超新星爆炸的特性以及与作为引力波源的黑洞形成的联系

• 批准号: 20K04024
• 负责人: 野本 憲一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04024/
• 关键词: 初代星; 超新星; ブラックホール; 重力波; 元素の起源

宇宙の初代星がどのような典型的な質量を持ち、どのような超新星爆発を起こして元素合成をしたかを解明することは、現在の天文学の最も重要な課題の一つである。本研究では、重力波で観測されている質量の大きいブラックホールと高度に明るく輝く新しいタイプの超新星とが、初代星の正体とその爆発の手がかりを提供しているというアイデアに基づき、これらのブラックホールや特異な超新星の親星の性質を明らかにし、初代星の質量と進化を解明することを目的とした。2022年度は、ブラックホールの形成に伴うジェット状の超新星爆発の２次元シミュレーションを行い、元素合成の特徴を見出すことに焦点を当てた。爆発の親星としては、金属量ゼロで初期質量が太陽の40倍という大質量星を採用した。シミュレーションでは、ジェットのエネルギーと巾をパラメータとし、ジェットが親星の中を伝搬しつつ元素合成を行う過程を計算し、次の量のエネルギー依存性を調べた。(1) 爆発によって放出される質量とブラックホールとなる質量、(2) 56Ni の生成量、(3) Sc-Ti-V の生成量の相関、(4) Zn/Fe比。同じエネルギーの爆発では、１次元球対称の爆発モデルと比べると、56Niの生成量やZn/Fe比は大きな値が得られる。特に金属欠乏星 HE1327+2326の紫外線観測で得られた大きなZn/Fe 比が得られたことは、この星の元素組成に対するジェット状の爆発の寄与を強く示唆するものである。初代星の質量、回転、爆発メカニズムの解明に重要な手がかりが得られた。

当前天文学中最重要的挑战之一是阐明宇宙中第一批恒星的典型质量以及它们如何通过超新星爆炸进行核合成。这项研究的基础是，在引力波中观察到的大质量黑洞和一种新型的高亮度超新星为第一颗恒星的真实身份及其爆炸提供了线索，目的是澄清空洞母星的特性。和不寻常的超新星，并阐明第一颗恒星的质量和演化。 2022年，我们重点通过对与黑洞形成相关的类射流超新星爆炸进行二维模拟来发现核合成的特征。爆炸的母星是一颗金属含量为零、初始质量是太阳40倍的大质量恒星。在模拟中，我们以喷流的能量和宽度为参数，计算了喷流穿过母星传播时的核合成过程，并研究了以下量的能量依赖性： (1) 爆炸释放的质量与成为黑洞的质量之间的相关性，(2) 56Ni 的生成量，(3) Sc-Ti-V 的生成量，(4) Zn/Fe比率。对于相同能量的爆炸，与一维球对称爆炸模型相比，可以获得更大的56Ni产生量和Zn/Fe比值。特别是，通过对缺金属恒星 HE1327+2326 的紫外观测获得的大 Zn/Fe 比率强烈表明了类射流爆炸对该恒星的元素组成的贡献。为阐明第一颗恒星的质量、旋转和爆炸机制获得了重要线索。

项目成果

MUSSES2020J: The Earliest Discovery of a Fast Blue Ultraluminous Transient at Redshift 1.063

MUSSES2020J：最早发现红移 1.063 处的快速蓝色超光瞬变

• DOI: 10.3847/2041-8213/ac7390
• 发表时间: 2022
• 作者: Jiang Ji;Yasuda Naoki;Maeda Keiichi;Tominaga Nozomu;Doi Mamoru;Yoachim Peter;Uno Kohki;Moriya Takashi J.;Kumar Brajesh;Pan Yen;Tanaka Masayuki;Tanaka Masaomi;Nomoto Ken’ichi;Jha Saurabh W.;Ruiz;Jones David;Shigeyama Toshikazu;Suzuki
• 通讯作者: Suzuki

Machine Learning Detects Multiplicity of the First Stars in Stellar Archaeology Data

机器学习检测恒星考古数据中第一颗恒星的多重性

• DOI: 10.3847/1538-4357/acbcc6
• 发表时间: 2023
• 作者: Hartwig Tilman;Ishigaki Miho N.;Kobayashi Chiaki;Tominaga Nozomu;Nomoto Ken’ichi
• 通讯作者: Nomoto Ken’ichi

高い鉄酸素比を持つ極金属欠乏銀河の元素組成比とその起源

高铁氧比的极度贫金属星系中的元素组成比及其起源

• 发表时间: 2022
• 作者: 渡辺くりあ

MUSSES2020J: The Earliest Discovery of a Fast Blue Ultraluminous Transient at Redshift 1.063

MUSSES2020J：最早发现红移 1.063 处的快速蓝色超光瞬变

• DOI: 10.3847/2041-8213/ac7390
• 发表时间: 2022
• 作者: Jiang Ji;Yasuda Naoki;Maeda Keiichi;Tominaga Nozomu;Doi Mamoru;Yoachim Peter;Uno Kohki;Moriya Takashi J.;Kumar Brajesh;Pan Yen;Tanaka Masayuki;Tanaka Masaomi;Nomoto Ken’ichi;Jha Saurabh W.;Ruiz;Jones David;Shigeyama Toshikazu;Suzuki
• 通讯作者: Suzuki

The Carnegie Supernova Project. I. Third Photometry Data Release of Low-redshift Type Ia Supernovae and Other White Dwarf Explosions

卡内基超新星计划。

• DOI: 10.3847/1538-3881/aa8df0
• 发表时间: 2017-09-15
• 期刊: The Astronomical Journal
• 作者: K. Krisciunas;C. Contreras;C. Burns;M. Phillips;M. Stritzinger;N. Morrell;M. Hamuy;J. Anais
• 通讯作者: J. Anais