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

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。

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。