国立天文台 理論研究部

Research Highlights

重力波天体が放つ光を初観測
―日本の望遠鏡群が捉えた重元素の誕生の現場―


日本の重力波追跡観測チーム J-GEM (Japanese collaboration of Gravitational wave Electro-Magnetic follow-up) は、2017年8月17日にアメリカの重力波望遠鏡 Advanced LIGO とヨーロッパの重力波望遠鏡 Advanced Virgo によって観測された重力波源「GW170817」の光赤外線追跡観測を、すばる望遠鏡などで行いました。その結果、重力波源の光赤外線対応天体を捉え、その明るさの時間変化を追跡することに成功しました。これは重力波源が電磁波で観測された初めての例です。
重力波信号の特徴から、GW170817 は中性子星同士の合体であり、さらに今回検出された光赤外線放射は、理論的に予測されていた中性子星合体に伴う電磁波放射現象「キロノバ (kilonova)」によるものと考えられます。今回の観測結果は、鉄より重い元素を合成する過程の一つである「r プロセス」を伴うキロノバ放射の理論予測とよく一致しており、宇宙における r プロセス元素合成現場を捉えたことを強く示唆するものです。
この光赤外線追跡観測には、すばる望遠鏡 (国立天文台)、南アフリカに設置された IRSF 望遠鏡 (名古屋大学、鹿児島大学)、ニュージーランドに設置された MOA-II 望遠鏡 (名古屋大学、大阪大学) および B&C 望遠鏡 (カンタベリー大学) などが参加しました。また「キロノバ」の理論計算にはスーパーコンピュータ「アテルイ」(国立天文台) が用いられました。この研究成果は、重力波観測と光赤外線観測の協調による「マルチメッセンジャー天文学」、さらに理論シミュレーションによって実現したものです。

詳細は以下ををご覧ください:
すばる望遠鏡プレスリリース「重力波天体が放つ光を初観測 ―日本の望遠鏡群が捉えた重元素の誕生の現場―」
CfCAプレスリリース「重力波源からの光のメッセージを読み解く ―重元素の誕生現場,中性子星合体―」
(2017/10/16)

図:日本の重力波追跡観測チーム J-GEM が撮影した重力波源GW170817(Credit: 国立天文台/名古屋大学)

“J-GEM observations of an electromagnetic counterpart to the neutron star merger GW170817”, Utsumi et al., 2017, PASJ [PASJ]
“Kilonova from post-merger ejecta as an optical and near-Infrared counterpart of GW170817”, Tanaka et al., 2017, PASJ [PASJ]
“Subaru Hyper Suprime-Cam Survey for An Optical Counterpart of GW170817”, Tominaga et al., 2017, submitted to PASJ [ADS]

田中雅臣 [personal webpage]



表面での爆発から星の死への旅立ち


東京大学,京都大学,国立天文台,東京大学国際高等研究所 カブリ数物連携宇宙研究機構の研究者からなる研究グループは,すばる望遠鏡に搭載された超広視野主焦点カメラ「Hyper Suprime-Cam(ハイパー・シュプリーム・カム)」を用いた観測により,爆発直後の Ia 型超新星をとらえることに成功しました.この超新星の観測的特徴を解明するためにスーパーコンピュータ「アテルイ」によるシミュレーションを行った結果,白色矮星の外層部にあるヘリウムが核融合反応を起こすことを引き金に, 衝撃波が中心に伝わって,星全体が爆発したと考えると説明できることがわかりました.この機構は数十年来提案されていましたが,その確たる証拠がとらえられたのは初めてです.本研究は Ia 型超新星の爆発機構を解明する第一歩であり,Ia 型超新星を宇宙論的距離測定の標準光源として用いる精度を高めることにも役立つと期待されます.本研究成果は,2017年10月5日付で英国の科学雑誌『ネイチャー』に掲載されました.
詳細は以下ををご覧ください:
すばる望遠鏡プレスリリース「表面での爆発から星の死への旅立ち」
CfCAプレスリリース「表面での爆発から星の死への旅立ち」
(2017/10/05)

図:すばる望遠鏡 Hyper Suprime-Cam が撮影した爆発直後の Ia 型超新星.(Credit: 東京大学/国立天文台)

“A hybrid type la supernova with an early flash triggered by helium-shell detonation”
Jiang et al., 2017, Nature 550, 80–83 [Nature]
田中雅臣 [personal webpage]



ニュートリノ集団振動のvpプロセス元素合成への影響


重力崩壊型超新星では中心にできる原始中性子星から大量のニュートリノが放出され、ニュートリノ集団振動と呼ばれる非線形現象が起こり、ニュートリノのエネルギースペクトルが著しく変化します。これまでニュートリノ集団振動の超新星内部で起こるvpプロセス元素合成に対する影響は未解明なままでした。そこで本研究では現状最も精度の高いニュートリノの角度依存性を考慮した3フレーバーマルチアングル計算法と元素合成計算を同時に解き、ニュートリノ集団振動のvpプロセス元素合成への影響を調べました。その結果、ニュートリノの質量が順階層の場合、ニュートリノ集団振動によりvpプロセス元素合成が促進されニュートリノ集団振動を考慮しない場合に比べ、10-10^4倍多くのp元素が合成されました。本研究により、vpプロセス元素合成計算に対するニュートリノ集団振動の重要性が示唆され、p核の中でも太陽組成の起源が明らかとなっていないモリブデン92,94やルテニウム96,98の起源天体の解明につながると期待されます。
(2017/10/02)

図:p核の合成量を太陽組成で規格化したもの。ニュートリノ集団振動の効果により順階層(赤)では、集団振動を考慮しない場合(黒)に比べ、p核の合成量が増大する。

“Possible effects of collective neutrino oscillations in three-flavor multiangle simulations of supernova vp processes”
Hirokazu Sasaki, Toshitaka Kajino, Tomoya Takiwaki, Takehito Hayakawa, Baha Balantekin, and Yamac Pehlivan
2017, Physical Review D, 96, 043013 [PRD] [arXiv]
佐々木宏和



標準理論をくつがえす新種の超新星を発見


クイーンズ大学ベルファスト校及びパドバ天文台に所属するジャッコモ=テレラン博士と国立天文台理論研究部の守屋尭特任助教らの研究チームは、現在の超新星爆発の標準理論では説明不可能な超新星を発見しました。 OGLE-2014-SN-073 と命名されたこの超新星は、類似したタイプの超新星爆発の 10 倍以上のエネルギーで爆発していたのです。この超新星は、これまで理論的には予言されていたものの、実際には観測されていなかった新種の超新星である可能性があります。今回の発見で、超新星爆発のメカニズムがこれまで考えられてきたよりも多様であることが明らかになりました。この研究成果は、2017年 9月 18日に Nature Astronomy オンライン版に掲載されました。
詳細はこちらをご覧ください:「標準理論をくつがえす新種の超新星を発見」
(2017/09/22)

図: 2014年 9月 24日に観測された超新星 OGLE14-073.
Credit: Terreran et al. (2017) Nature Astronomy より改変

"Hydrogen-rich supernovae beyond the neutrino-driven core-collapse paradigm"
G. Terreran et al.
Nature Astronomy (2017) doi:10.1038/s41550-017-0228-8

守屋尭 [personal webpage]





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