[論文レビュー] White Paper on Nuclear Astrophysics

Almudena Arcones, D. W. Bardayan+41 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2016

Nuclear physics research studies被引用数 5

ひとこと要約

このホワイトペーパーは、2012年および2014年の主要コミュニティ・タウンミーティングの知見を統合し、2015年核物理学長期計画を指針として、核物理学的天体物理学の科学的優先順位と戦略的方針を概説する。核合成、恒星エネルギー生成、高密度物質に関する重要な問いを特定し、今世紀の核実験、天体観測、理論、計算分野における連携的進展を提唱することで、今後10年間で長年の謎を解明することを目的としている。

ABSTRACT

This white paper informs the nuclear astrophysics community and funding agencies about the scientific directions and priorities of the field and provides input from this community for the 2015 Nuclear Science Long Range Plan. It summarizes the outcome of the nuclear astrophysics town meeting that was held on August 21-23, 2014 in College Station at the campus of Texas A&M University in preparation of the NSAC Nuclear Science Long Range Plan. It also reflects the outcome of an earlier town meeting of the nuclear astrophysics community organized by the Joint Institute for Nuclear Astrophysics (JINA) on October 9- 10, 2012 Detroit, Michigan, with the purpose of developing a vision for nuclear astrophysics in light of the recent NRC decadal surveys in nuclear physics (NP2010) and astronomy (ASTRO2010). The white paper is furthermore informed by the town meeting of the Association of Research at University Nuclear Accelerators (ARUNA) that took place at the University of Notre Dame on June 12-13, 2014. In summary we find that nuclear astrophysics is a modern and vibrant field addressing fundamental science questions at the intersection of nuclear physics and astrophysics. These questions relate to the origin of the elements, the nuclear engines that drive life and death of stars, and the properties of dense matter. A broad range of nuclear accelerator facilities, astronomical observatories, theory efforts, and computational capabilities are needed. With the developments outlined in this white paper, answers to long standing key questions are well within reach in the coming decade.

研究の動機と目的

• 2015年核物理学長期計画の文脈において、核物理学的天体物理学の科学的優先順位と戦略的ロードマップを定義すること。
• 元素の起源、恒星エネルギー生成、高密度物質の性質に関する根本的問いに応えること。
• 2012年および2014年の主要コミュニティ・タウンミーティングと10年ごとの調査（NP2010、ASTRO2010）からの入力を統合することで、資金提供機関および研究機関を支援すること。
• 分野の未解決問題に対処するため、核物理学、天体物理学、計算モデリングの統合を強化すること。
• 進展を可能にするために、核加速器施設、天文台、理論的枠組みを含む、重要なインフラ整備のニーズを特定すること。

提案手法

• 2012年のJINA、2014年のARUNA、およびコロンビア・ステート大学で開催されたNSAC関連会議（2014年）の主要コミュニティ・タウンミーティングの成果を統合すること。
• 核物理学（NP2010）および天文学（ASTRO2010）分野におけるNRCの10年ごとの調査結果を統合し、優先順位を一致させること。
• 核実験、天体観測、理論的モデリング、計算シミュレーション分野における現在の能力を評価すること。
• 核実験室と天体観測の相互作用を評価し、核合成と恒星進化の問題を解決すること。
• 実験的、観測的、理論的、計算的分野における包括的かつ多面的な協働的戦略を提言すること。
• コミュニティ主導のプロセスを用いて、今後10年間の研究分野の優先順位とインフラ投資を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙における重元素の生成に寄与する天体的環境と核反応速度は何か？
• RQ2 核反応は、主系列星から超新星、そして白色矮星やブラックホールの形成に至るまでの恒星の生涯をどのように駆動しているか？
• RQ3 中性子星やコアコリプス超新星から探査される極端な密度下での物質の性質は何か？
• RQ4 核反応速度と核構造モデルをどのように改善すれば、核合成の予測における不確実性を低減できるか？
• RQ5 恒星エネルギー生成と元素形成に関する長年の謎を解消するために、観測的・実験的連携はどのようなものが必要か？

主な発見

• 核物理学的天体物理学分野は活発であり、今後10年間で核合成、恒星エネルギー生成、高密度物質に関する重要な問いを解明する準備ができている。
• 核実験、天体観測、理論的モデリング、計算シミュレーション分野における連携的進展を通じて、顕著な進歩が予想される。
• 次世代の核施設と宇宙望遠鏡からのデータ統合により、核反応速度と恒星モデルの不確実性が低減される。
• 星や超新星における同位体組成の正確な予測には、改善された核構造モデルと反応速度計算が不可欠である。
• コミュニティは、核合成に不可欠な反応速度を解明するため、特にレアアイソトープビーム施設での継続的投資の必要性を認識している。
• このホワイトペーパーは、分野全体の統一的ビジョンを確立し、変容をもたらす科学的成果を達成するため、分野および機関を越えた協力を重視している。