超新星爆発ニュートリノで宇宙核時計テクネチウム98が生成されることを予言 -ニュートリノ天体観測及び始原的隕石の分析による検証が期待される-

2018年9月5日
東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構 (Kavli IPMU)

1. 発表概要

東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構 (Kavli IPMU) の野本憲一上級科学研究員とAlexey Tolstov 特任研究員を含む、量子科学技術研究開発機構の早川岳人上席研究員を筆頭とする、国立天文台、東京工業大学、九州大学、理化学研究所の研究者らからなる共同研究グループは、超新星爆発で放出されるニュートリノによって、自然には存在しないテクネチウム98(98Tc)が生成されることを理論計算によって予測しました。
 

超新星爆発の初期には、中心部の原始中性子星から膨大な数のニュートリノが放出され、そのニュートリノがエネルギーの一部を外層に落とし超新星爆発を引き起こします。この時、一部のニュートリノが既存の原子核と反応し、タンタル180等の新しい核種を生成します。ニュートリノには、電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノとその反ニュートリノの6種類ありますが、これまでの研究で、主に反電子ニュートリノ以外の5種類のニュートリノによって上記核種が生成されていることが判っていました。もし、残りの反電子ニュートリノの寄与の大きい核種が存在すれば、6種類のニュートリノ全ての平均エネルギーが評価でき、超新星爆発の理解に大きく寄与します。
 

本研究グループは、98Tcがニュートリノで生成された可能性に気づき、関連するニュートリノ原子核反応率を計算し、超新星爆発モデルを用いて98Tcの生成量を計算しました。その結果、反電子ニュートリノの寄与が最大20%あることが判明しました。すなわち、反電子ニュートリノの寄与が大きい重元素の初めての発見です。また、隕石研究が進展すれば、太陽系形成時の98Tcの量と超新星爆発が発生した年代が評価可能であることを示しました。本研究は超新星爆発の6種類のニュートリノ全ての平均エネルギーの解明、近い将来に期待される超新星爆発の反電子ニュートリノのエネルギーの予測に寄与する成果となります。
 

本研究成果は、米国物理学会誌 Physical Review Letters のオンライン版に9月4日に掲載されました。詳細については、国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構のプレスリリース資料をご覧ください。



2. 発表雑誌
雑誌名:「Physical Review Letters」
論文タイトル:Short-lived radioisotope  98Tc synthesized by the supernova neutrino process
著者:Takehito Hayakawa (1, 2), Heamin Ko (3), Myung-Ki Cheoun (3), Motohiko Kusakabe (4), Toshitaka Kajino (2, 4, 5), Mark D. Usang (6), Satoshi Chiba (6), Ko Nakamura (7), Alexey Tolstov (8), Ken’ichi Nomoto (8), Masa-aki Hashimoto (9), Masaomi Ono (10), Toshihiko Kawano (11),  Grant J. Mathews (12)
著者所属:
1. National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology, 2-4 Shirakata, Tokai, Naka, Ibaraki 319-1106, Japan 
2. National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo 181-8588, Japan
3. Soongsil University, Seoul 156-743, Korea
4. Beihang University, Beijing 100191, China
5. The University of Tokyo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan
6. Tokyo Institute of Technology, 2-12-1 Ookayama, Meguro, Tokyo 113-0033, Japan
7. Fukuoka University, 8-19-1 Nanakuma, Jonan-ku, Fukuoka 814-0180, Japan
8. Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8583, Japan
9. Kyushu University, Hakozaki, Fukuoka 812-8581, Japan
10. RIKEN, 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama 351-0198, Japan
11. Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA
12. University of Notre Dame, Notre Dame, IN 46556, USA

DOI:10.1103/PhysRevLett.121.102701
論文のアブストラクト(Physical Review Letters のページ)