P過程

p過程とは

p過程（p-process）は、恒星の核崩壊を伴う超新星爆発時に発生する元素合成プロセスの一つです。特に、鉄よりも重い元素の中でも陽子過剰な核種が生成される点が特徴です。この過程は、主に光崩壊反応によって進行し、s過程やr過程といった他の元素合成プロセスでは生成できない核種を生み出す重要な役割を担っています。

歴史的背景

p過程の概念は、1957年に発表された有名なB2FH論文で初めて提唱されました。当時、鉄より重い核種は中性子過剰なものが一般的であり、s過程やr過程といった中性子捕獲プロセスによって生成されると考えられていました。しかし、観測によって、これらのプロセスでは生成されない陽子過剰な核種（例えば、¹⁹⁰Ptや¹⁶⁸Yb）が存在することが明らかになりました。この事実から、陽子過剰な重元素を生成する未知のプロセスが存在することが示唆され、それが「陽子過程」、略してp過程と名付けられました。

興味深いことに、p過程は名前から連想されるような陽子捕獲プロセスとは異なり、光崩壊反応が中心です。そのため、陽子捕獲が主体のrp過程と混同しないように注意が必要です。p過程が「ガンマ過程」とも呼ばれるのは、光崩壊にガンマ線が関与しているためです。

核物理におけるp過程

原子核の陽子対中性子比を変化させるには、陽子を加えるか中性子を取り除くかの2つの方法があります。rp過程は陽子を付加するプロセスであり、p過程は光崩壊によって中性子を取り除くプロセスです。水素からカルシウム（質量数1～40）までの範囲では、安定同位体中の陽子と中性子の数はほぼ同数ですが、それより重い安定同位体では、クーロン斥力のために中性子の数が陽子よりも多くなる必要があります。p過程は、質量数が100を超える核種の合成に関与しており、安定核種から中性子を放出することで陽子過剰な核種を生成します。この際、中性子光崩壊(γ,n)とアルファ粒子光崩壊(γ,α)の2つの重要な核反応が起こります。

宇宙物理学とp過程の存在比

p過程は、II型超新星爆発時に中心核が崩壊する際に、高温（2×10⁹〜3×10⁹ K）下で発生します。この高温環境では、黒体放射によって、s過程やr過程で生成された種核種を崩壊させるのに十分なエネルギーを持つ光子が存在します。これらの光子が核に衝突することで光崩壊が起こり、質量数100以上の陽子過剰な核種が生成されます。また、近年の研究では、中性子星の合体現象においても同様の高温環境が生成され、p過程核種の生成に関与している可能性が指摘されています。

しかし、p過程は他のプロセスで生成された重元素から、中性子やアルファ粒子を短時間で放出するだけの過程であるため、生成されるp過程核種の存在比は、周囲の同位体や同中性子体よりもはるかに少ない傾向にあります。p過程は、s過程、r過程、rp過程で作られる元素にわずかに寄与するのみです。

まとめ

p過程は、超新星爆発という極限的な環境下で、陽子過剰な重元素を生成する特異な元素合成プロセスです。光崩壊という特徴的な反応メカニズムを持ち、他のプロセスでは生成できない核種を生成する点において、宇宙における元素の起源を理解する上で重要な役割を担っています。

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