2014年7月17日
関口雄一郎 基礎物理学研究所特任助教と和南城伸也 理化学研究所理論科学連携研究推進グループ研究員らの研究チームは、地球上に存在する金やウランなど鉄より重い元素が、中性子星合体によってつくられたものである可能性が高いことを明らかにしました。
本研究成果は、米国の科学雑誌「The Astrophysical Journal Letters」（7月10日号）に掲載されました。
研究者からのコメント
関口特任助教
金やウランなどの重い元素の起源、重力波、中性子星合体。一见関係のなさそうなこれらは、実は重要な関连を持っています。以前より、连星中性子星の合体は重力波の発生源として注目されてきました。重力波は、岐阜県の神冈鉱山に建设中の「碍础骋搁础（かぐら）」などの次世代重力波検出装置によって、近年中にも直接観测される可能性があり、100年来のアインシュタインの宿题が解かれるかもしれない重大な时期にあります。
重力波の直接検出では、付随する复数のシグナルが同时に観测されたほうが信頼性も高まります。重力波に付随する电磁波シグナルの有力候补の一つが、本研究で取り扱った「谤プロセス」でつくられた重い放射性元素の崩壊热をエネルギー源として光り辉く、「谤プロセス新星」なのです。もし重力波源の方向に谤プロセス新星が発见されれば、中性子星合体がその発生源であり、さらに金やウランなどの重い元素の起源であることも示す决定的な証拠となるとともに、重力波検出にとても重要な情报になるわけです。
そのために、私たちは、中性子星合体による重元素の合成量を正确に予测するための研究を、理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」を用いた数値シミュレーションを行って进めています。
ポイント
- スーパーコンピューターによる中性子星合体现象の数値シミュレーション
- 中性子核融合によりつくられる元素の组成が太阳系の重元素分布と合致
- 従来の研究で予想されていた中性子の割合とは大きく异なる结果に
概要
水素やヘリウムは宇宙の始まりのビッグバンにより生成され、それより重い鉄までの元素は恒星内部の核融合により生成されます。また、レアアース、金やウランなど鉄よりさらに重い元素は、大量の中性子の核融合により生成されると考えられています。しかし、その大量の中性子の核融合がどのような天体现象によるものなのかについては、长い间明らかにされていませんでした。それは中性子星合体によるものであるとする説がありますが、これまでの研究によると、放出される物质のほとんど（90％以上）が中性子であるために非常に重い元素だけがつくられると考えられ、太阳系や他の恒星で観测される重元素组成を説明できないことが问题となっていました。
そこで本共同研究チームは、东京大学などのスーパーコンピューターを用いて、一般相対性理论とニュートリノの影响を考虑した场合の中性子星合体の数値シミュレーションを行いました。その结果、中性子の一部がニュートリノを吸収して阳子に変わるため、中性子の割合が60～90％程度にまで减少することが分かりました。この数値シミュレーション结果をもとに元素合成の数値计算をしたところ、観测による太阳系の重元素分布とほぼ一致していました。これにより、今まで明らかにされていなかった金やウランなどの鉄より重い元素の起源が中性子星の合体である可能性が高いことが示されました。
図：スーパーコンピューターによる中性子星合体の数値シミュレーション
左は二つの中性子星の合体の瞬间、右は合体から8ミリ秒后の様子を表す（距离のスケールの违いに注意）。上は物质の密度の対数値（驳/肠肠）、下は物质中の中性子の割合（％）を表す。右下の黄色からオレンジの涡状部分で金やウランなど、青から水色の部分で银やレアアースなどがつくられる。
详しい研究内容について
金やウランなどの重い元素は中性子星の合体で作られた可能性が高い －鉄より重い元素の起源を数値シミュレーションで解明－
书誌情报
[DOI]
Shinya Wanajo, Yuichiro Sekiguchi, Nobuya Nishimura, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, and Masaru Shibata
"PRODUCTION OF ALL THE r-PROCESS NUCLIDES IN THE DYNAMICAL EJECTA OF NEUTRON STAR MERGERS"
The Astrophysical Journal Letters, 789(2): L39, 2014 July 10
掲载情报
日刊工業新聞（7月18日 23面）に掲載されました。
