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问题之一是阐明宇宙中原始星球的典型质量以及超新星爆炸造成综合元素造成的质量。基于这样的想法，即在引力波和一种高度明亮的新型超新星中观察到的大质量黑洞，为原始恒星的爆炸提供了线索。这项研究的目的是阐明这些黑洞和奇异超新星的母星的特性，并阐明原始恒星的质量和演变。在2022年，我们对与黑洞的形成相关的喷气样超新星爆炸进行了二维模拟，并着重于寻找元素合成的特征。爆炸的母星是一个巨大的恒星，具有零金属，最初的质量为太阳的40倍。在模拟中，射流的能量和宽度用作参数，并且计算出射流传播时合成元件的过程，并研究了以下量的能量依赖性。 （1）爆炸释放的质量和变成黑洞的质量，（2）产生的56ni的量，（3）产生的SC-TI-V量，（4）Zn/fe的量。在相同的能量爆炸中，与具有一维球体对称爆炸的爆炸模型相比，可以获得56NI和Zn/Fe比的量。特别是，从金属缺陷型明星HE1327+2326的紫外线观测获得的较大Zn/Fe比强烈表明，类似喷气样爆炸对该恒星的元素组成的贡献。在阐明原始恒星的质量，旋转和爆炸机制方面获得了重要的线索。

项目成果

Spatially Resolved X-Ray Study of Supernova Remnant G306.3-0.9 with Unusually High Calcium Abundance

钙丰度异常高的超新星遗迹 G306.3-0.9 的空间分辨 X 射线研究

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac308d
• 发表时间: 2022
• 期刊: Astrophysical Journal
• 影响因子: 4.9
• 作者: Weng Jianbin;Zhou Ping;Chen Yang;Leung Shing-Chi;Toonen Silvia;Perets Hagai B.;Nomoto Ken'ichi;Zenati Yossef;Vink Jacco
• 通讯作者: Vink Jacco

The late-time light curves of Type Ia supernovae: confronting models with observations

Ia 型超新星的晚期光变曲线：模型与观测的对峙

• DOI: 10.1093/mnras/stac1618
• 发表时间: 2022
• 期刊: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
• 影响因子: 4.8
• 作者: Tiwari Vishal;Graur Or;Fisher Robert;Seitenzahl Ivo;Leung Shing-Chi;Nomoto Ken’ichi;Perets Hagai Binyamin;Shen Ken
• 通讯作者: Shen Ken

Exploration of Aspherical Ejecta Properties in Type Ia Supernovae: Progenitor Dependence and Applications to Progenitor Classification

• DOI: 10.3847/1538-4357/abc9c1
• 发表时间: 2020-11
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: S. Leung;R. Diehl;K. Nomoto;T. Siegert

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

• DOI: 10.3847/1538-4357/acbcc6
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: T. Hartwig;M. Ishigaki;C. Kobayashi;N. Tominaga;K. Nomoto

Ambipolar Heating of Magnetars

磁星的双极加热

• DOI: 10.3847/1538-4357/acbd38
• 发表时间: 2023
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Tsuruta Sachiko;Kelly Madeline J.;Nomoto Ken’ichi;Mori Kanji;Teter Marcus;Liebmann Andrew C.
• 通讯作者: Liebmann Andrew C.