日本東京大學、京都產業大學和國立天文臺等的研究人員組成的研究團隊，利用京都產業大學神山天文臺的1.3米口徑荒木望遠鏡上安裝的近紅外光高分散光譜儀「WINERED」，對13顆恆星實施了近紅外線光譜觀測。對觀測到的大量吸收線波長與理論計算獲得的波長列表進行比較後，成功鑑定出了9種元素。雖然以前就預測近紅外光線的波長範圍存在很多重元素形成的吸收線，但高精度測量到其實際存在及強度比尚屬首次（圖1）。
圖1：此次研究成果的概念圖。生成的一些中子捕獲元素，每個元素產生了此次檢測到的吸收線。在中子星結合並合成組元素的同時產生重力波的示意圖上，重疊了本次研究檢測到的吸收線的光譜。（圖片來自：國立天文臺、東京大學）
除了宇宙大爆炸時形成的最輕元素氫、氦、鋰外，所有元素都是伴着超新星爆炸等天文現象生成的，並且比例逐漸增加。要想了解宇宙的化學演變歷史，比如各種元素是如何增加的，就需要查清各種元素生成現象的發生頻率。最近備受關注的是名爲中子捕獲元素的重（原子序大）元素。中子星隨着重力波的產生而合併時認爲會合成金和稀土元素等，研究人員從理論和觀測兩方面對此開展了大量研究。現在實施的重力波檢測和電磁波對應天體觀測研究可以直接調查元素生成現場。另一方面，要想探索宇宙的化學演化情況，測量在各個演化階段由氣體形成的恆星的化學成分同樣也很重要。
透過近紅外光線觀測恆星可以瞭解天體中存在哪些元素。中子星合併作爲重力波源也受到關注，合併時生成元素的相關知識有望用來探索各種元素在宇宙歷史中是如何增加的。
測量恆星化學成分的關鍵是光譜中出現的與吸收線有關的基本資訊。天文學家透過按不同波長觀測天體的光，來調查遙遠的天體中存在哪些元素。「分光」的觀測方法利用了元素會吸收和發射特定波長的光的性質。一種元素會吸收和發射不同波長的光，但理論上難以計算到底多大程度吸收和發射了何種波長的光，尤其是重元素，必須透過實驗和觀測進行驗證。不過，詳細解析恆星紅外線光譜的研究還處於發展階段，因此尚未確立一些基本資訊。本次研究調查了0.97～1.32微米波段光譜中出現的中子捕獲元素的吸收線。利用的是透過WINERED光譜儀（圖2）獲得的13顆恆星的觀測光譜。
圖2：獲得本次研究利用的觀測光譜使用的WINERED光譜儀。（圖片來自：京都產業大學（神山天文臺））
從原子序爲30的鋅到原子序爲66的鏑，此次應答吸收線的元素共9種，均屬於中子捕獲元素。一般認爲在中子星合併時會大量產生這些元素。近年來，中子星的合併透過重力波和電磁波被觀測並引起關注，此次獲得的知識對了解其觀測特徵非常重要。從大爆炸剛剛發生後只存在氫和氦的宇宙到現在充滿各種元素的宇宙，此次成果爲了解這個演化程序提供了關鍵線索。
相關研究成果已於2020年1月9日發表在《The Astrophysical Journal Supplement》的網路版上。
論文資訊
題目：Identification of Absorption Lines of Heavy Metals in the Wavelength Range 0.97—1.32 μm
期刊：《The Astrophysical Journal Supplement》
DOI：10.3847/1538-4365/ab5c25
文：JST客觀日本編輯部翻譯編輯
