超新星爆発イベントにおけるγプロセス元素合成パターンの研究

超新星事件中伽玛过程核合成模式的研究

基本信息

批准号：
13740165
负责人：
住吉光介
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Numazu National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

鉄よりも重い元素の起源とされるrプロセス元素合成が宇宙のどこで起きるのかは大きな謎とされてきた。非常に古い星でrプロセスによる重元素が存在することが明らかになり、超新星爆発でのrプロセスの理論的研究が急務となっている。このためには超新星の爆発メカニズムを解明すると共に、rプロセス元素合成量を明らかにして、その特徴を最新の天体観測と照らし合わせていく必要がある。流体力学や核反応ネットワークの計算を組み合わせて、数値シミュレーションを行い、超新星爆発の各イベントにおいて作られるrプロセス元素合成量を定量的に求めて、その特徴を明らかにすることが研究の目的である。親星の質量の違いによる爆発メカニズムの違いに着目し、rプロセス元素合成パターンの特徴を明らかにするため、大質量星の中でも、比較的質量の小さい場合と大きい場合に分けて研究を進めてきた。昨年度の質量の小さい場合の研究成果に続き、今年度は質量の大きい場合について研究を行った。この場合にはニュートリノ駆動風と呼ばれる質量放出メカニズムの解明が鍵となる。一般相対論的流体力学の計算コードにニュートリノによる加熱・冷却や組成の変化を組み込み、超新星爆発で誕生した中性子星の表面物質の時間発展の数値シミュレーションを行った。この時、重要になるのは中性子星の質量・半径とニュートリノの強度であり、これまでの研究においては中性子星の質量が太陽質量の2倍という値が要求されていて、rプロセスが起こるのは難しいと考えられてきた。本研究ではシミュレーションにより、衝撃波後面のニュートリノ駆動風が行き着く先の圧力(温度)がrプロセスにおいて影響を及ぼすことを初めて発見した。現実的な圧力値の範囲において、通常知られている太陽質量の1.4倍の質量の中性子星でrプロセスが起こることを解明して、ニュートリノ駆動風におけるrプロセスの新しい可能性を開いた。2年間の研究により、大質量星の質量の違いに起因するrプロセスの違いについて、系統的に解明することができ、超新星爆発イベントとrプロセス元素合成パターンの関係を示すことに成功した。これにより、非常に古い星の重元素のスペクトル観測と連携した宇宙における重元素の進化の解明に大きく寄与した。

r过程核合成（据说是比铁重的元素的起源）在宇宙中的何处发生一直是一个巨大的谜团。人们已经清楚，r过程产生的重元素存在于非常古老的恒星中，迫切需要对超新星爆炸中的r过程进行理论研究。为此，有必要阐明超新星的爆炸机制，明确r过程核合成的量，并将其特征与最新的天文观测进行比较。研究目的是通过结合流体动力学和核反应网络的计算进行数值模拟，定量确定每次超新星爆炸事件中产生的R过程核合成量，并阐明其特征。针对母星质量差异导致爆炸机制的差异，我们针对较小质量和较大质量恒星分别进行研究，以明确r过程Ta核合成模式的特征。。继去年小质量情况的研究成果之后，今年我们又进行了大质量情况的研究。在这种情况下，关键是阐明称为中微子驱动风的质量抛射机制。通过将中微子引起的加热和冷却以及成分变化纳入通用相对论流体动力学计算代码中，我们对超新星爆炸中诞生的中子星表面材料的时间演化进行了数值模拟。这时重要的是中子星的质量和半径以及中微子的强度，之前的研究要求中子星的质量是太阳质量的两倍，这是r过程发生所必需的。被认为是困难的。在本研究中，我们通过模拟首次发现激波背面中微子驱动风目的地的压力（温度）对r过程有影响。我们发现，在实际压力范围内，r 过程发生在质量为太阳质量 1.4 倍的中子星中，这为中微子驱动风中的 r 过程提供了新的可能性。通过两年的研究，我们系统地阐明了大质量恒星质量差异引起的r过程差异，并成功论证了超新星事件与r过程核合成模式之间的关系。这与对非常古老恒星中重元素光谱的观测相结合，极大地有助于阐明宇宙中重元素的演化。