[RIBF ULIC MiniWS039] 星の進化と爆発天体における核反応の物理

20 Feb 2023, 13:00 → 21 Feb 2023, 17:40 Asia/Tokyo

RIBF Large Meeting Room (RIKEN Wako campus)

Nobuya Nishimura (Riken)

［趣旨］

星の進化や爆発現象において、核反応は主要なエネルギー源であり、ここで起こる元素変換は宇宙の物質進化の歴史を理解する上で重要である。爆発天体での元素合成では不安定核が関わるため、その解明にRIBF実験の役割は大きい。しかし、宇宙の元素合成では膨大な種類の反応が関与するため、実験計画の策定には現実の天体環境でのそれぞれの反応の役割を理解する必要がある。また、断面積の小さい反応も含むことから、その包括的な解明には理論計算も必要となる。

本会では、超新星爆発やX線バーストでの爆発的元素合成（速い陽子捕獲元素合成を含む）に着目し、軽めの不安定核から特に鉄より重い陽子過剰核まで、宇宙物理の研究で重要な核反応について、現状の原子核実験や理論の知見に基づいて将来の実験計画の方向性を議論する。

• 不安定核を含む原子核の構造や反応機構
• 星の燃焼過程や爆発天体での元素合成に関する天体核反応

［日時］

• 日程：2023年2月20日（月）と21日（火）
• 場所：理化学研究所仁科センター・RIBF棟（大会議室）
  ご注意：研究会に日程の両日共に、食堂が工事により休業する予定です。食堂や売店、タリーズコーヒーにて弁当等の販売が予定されておりますが、数に限りがあります。当日は、各自お持ちいただくか、外食に行かれるかも選択肢に加えいていただければと思います。（昼食時間を長めにとっております。）

［主要講演者とテーマ］

• 岩切 渉（千葉大）：「最近のさまざまなX線バーストの観測結果について」
• 川畑 貴裕（大阪大）：「Experimental determination of the triple-alpha rate」
• 鈴木 大介（理研）：「RIビームをいた高速陽子捕獲過程研究」
• 高橋 亘（東北大）：星の進化での元素合成
• 谷口 億宇（香川高専）：「12C+12C Molecular Resonances that Enhance the 12C+12C Fusion Reaction Rate」
• 土肥 明（広島大）：「X線スーパーバーストに対する炭素燃焼の核反応率の影響」
• 西村 信哉（理研）：「宇宙におけるp核の起源と陽子過剰核の核反応」
• 山口 英斉（東京大・CNS）：「X線バーストにおける重要不安定核反応の実験的検証」

［世話人］

• 鈴木 大介（理化学研究所・RNC）
• 谷口 億宇（香川高等専門学校）
• 土肥 明（広島大学）
• 西村 信哉（理化学研究所・CPR）

Monday 20 February

13:30 → 13:35 はじめに

13:35 → 14:55 中性子星とX線連星１

Convener: Nobuya Nishimura (Riken)

13:35 12C+12C Molecular Resonances that Enhance the 12C+12C Fusion Reaction Rate

$^{12}$C+$^{12}$C fusion reactions are essential for the evolution of massive stars and explosive astrophysical phenomena. However, reproducing the stellar environment is challenging in accelerator experiments, and theoretically, it is also difficult to handle because it is a multi-nucleon rearrangement reaction.
We show that a microscopic model treats the dominant decay channels, $\alpha+^{20}$Ne and $p+^{23}$Na, in addition to $^{12}$C+$^{12}$C and that $^{12}$C+$^{12}$C molecular resonance states exist near the $^{12}$C+$^{12}$C threshold. They increase the $^{12}$C+$^{12}$C fusion reaction rate in the astrophysical environment. The density functional dependence of the fusion reaction rate is also discussed as an uncertainty of the theory.

Speaker: Yasutaka TANIGUCHI (National Institute of Technology (KOSEN), Kagawa College)

14:15 核子有効相互作用の不定性が及ぼすスーパーバーストの再起時間の影響

Speaker: Akira Dohi (RIKEN)

Dohi_A.pdf

14:55 → 15:15 Break

15:15 → 16:25 中性子星とX線連星２

Convener: Daisuke Suzuki (RIKEN Nishina Center)

15:15 X線バーストにおける重要不安定核反応の実験的検証

Speaker: Hidetoshi Yamaguchi (CNS, the University of Tokyo)

Yamaguchi_H.pdf

15:55 Termination problem of the high-temperature Hydrogen burning

There are some critical waiting points along the possible rp-process under high-temperature and high-density condition beyond Ni56. It should be of great interest if the high temperature rp-process goes to the mass region of A~100, which would also affect to the light curve of x-ray bursts. I will discuss this termination problem with recent data from RIBF as well as from other laboratories and my old effort.

Speaker: Shigeru Kubono (RIKEN Nishina Center)

16:25 → 16:30 Break

16:30 → 17:30 議論

Tuesday 21 February

10:00 → 12:35 星の進化と超新星爆発

Convener: Akira Dohi (RIKEN)

10:00 星の進化と超新星

Speaker: Koh Takahashi (the University of Tokyo)

Takahashi_K.pdf

10:40 重力崩壊型超新星爆発における $^{56}$Ni問題

重力崩壊型超新星（以下、超新星）の爆発機構の詳細は、まだ十分に解明されていない。その原因には計算精度や近似にも課題が残されているが、なによりも現在の超新星爆発物理への理解が不十分である可能性が大きい。近年の self-consistent な多次元流体計算では、「ゆっくりとしたエネルギー成長率 ($\sim \mathcal{O}(0.1)$[erg s$^{-1}$]) で、超新星爆発の典型値 $10^{51}$[erg] まで到達しうる」と示唆されている (e.g., Bollig et al. 2021; Burrows \& Vartanyan 2021)。しかし、これらの大規模計算の爆発エネルギーの増加率 ($E_{\rm{expl.}}$) は、観測を説明する$^{56}$Ni質量の合成には不十分であることが最近指摘されている (Sawada et al.2019, Suwa et al.2019, Saito et al. 2022)。この問題を「$^{56}$Ni問題」と呼ぶ。
　ただ近年、この$^{56}$Ni問題は爆発モデルが単純であるために生まれたものであり、より現実的なモデルに更新すると解消されるとの明確な反論が出ている (Imasheva et al. 2023)。この反論を受け本研究では、超新星爆発における放射性同位元素$^{56}$Niの元素合成と爆発機構の詳細な関係について、再整理することを目的とした。具体的には、近似的なニュートリノ加熱モデル（light-bulb scheme）を用いて、$^{56}$Niの元素合成領域とその合成量について、爆発エネルギーの増加率との相関傾向を調べた。本研究の結果、近年の反論と矛盾の無い形で、$^{56}$Ni問題が改めて存在することを確認した。本講演では、我々の計算結果をもとに「$^{56}$Ni問題」から示唆される超新星のメカニズムについて、観測・理論の両面から議論する。

Speaker: RYO SAWADA (The University of Tokyo)

Sawada_R.pdf

11:10 Break

11:25 12C+12C Reaction and Type Ia Supernovae

Recently, low-energy cross sections of the 12C+12C reaction are investigated both experimentally and theoretically. Such studies are motivated not only by nuclear physics but also by astrophysics because the reaction plays important roles in various astrophysical sites such as type Ia supernovae (SNe Ia), x-ray (super)bursts, and stellar evolution. In this talk, I review previous studies on the sensitivity of SN Ia ignition on 12C+12C reaction and discuss possible collaboration with nuclear physicists.

Speaker: Kanji Mori (Fukuoka University)

Mori_K.pdf

11:55 最近のさまざまなX線バーストの観測結果について

Speaker: Wataru Iwakiri (RIKEN Nishina center)

Iwakiri_W.pdf

12:35 → 14:10 Lunch

13:00 → 14:00 理研防災訓練（関係者のみ、試験放送あり）

緊急放送あり

14:10 → 16:10 爆発天体での重元素合成

Convener: Yasutaka TANIGUCHI (National Institute of Technology (KOSEN), Kagawa College)

14:10 宇宙におけるp核の起源と陽子過剰核の原子核反応

Speaker: Nobuya Nishimura (Riken)

14:50 Experimental determination of the triple-alpha rate

Speaker: Takahiro Kawabata (Osaka University)

Kawabata_T.pdf

15:30 RIビームをいた高速陽子捕獲過程研究

Speaker: Daisuke Suzuki (RIKEN Nishina Center)

16:10 → 17:00 議論