高密度星磁気圏での電磁場エネルギー散逸機構と高速電波バーストの起源の解明

• Project/Area Number: 16J06773
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 木坂 将大 青山学院大学, 理工学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 中性子星 / パルサー / 高速電波バースト / ブラックホール / 連星中性子星合体 / ショートガンマ線バースト

Outline of Annual Research Achievements

中性子星やブラックホールなどの高密度天体に見られる活動性、特にウィンドやジェットなどは、その天体が持つ強い磁場が深く関連していると考えられている。本研究の目的は、高密度天体が周囲に形成する磁気圏において起こることが期待されている電磁場のエネルギーから粒子のエネルギーへ変換、さらにその粒子が電磁波を放射するまでの一連の機構に対し、解析的モデルや粒子シミュレーション等を用いた解析からその解明に迫ることである。
1. ブラックホール近傍での電磁カスケードによる電磁場から粒子へのエネルギー変換過程を明らかにするため、電磁カスケードの結果として生成される粒子数に対してこの値を見積もるための解析的モデルを構築した。これは数値計算結果を解析する上で指標となる。
2. ブラックホール近傍での電磁カスケード現象を明らかにするため、粒子生成と一般相対論的効果を考慮したプラズマ粒子シミュレーションを行った。結果として、電磁カスケードによる粒子へのエネルギー変換効率、さらに観測されるガンマ線光度とエネルギースペクトルに対する背景光子場の依存性を明らかにした。
3. 連星中性子星合体からの重力波イベント GW170817 に付随したガンマ線イベント GRB 170817A に対して提案しているショートガンマ線バーストの散乱モデルは、このイベントに付随していた残光の観測データとも無矛盾であることを明らかにした。また、これまでは散乱成分の明るさは解析的な見積もりであったのに対し、散乱過程に対する数値計算を行うことで散乱成分の明るさの角度依存性を明らかにし、将来的に検出されるイベントの数が増えることで統計的に他のモデルと区別できる可能性を示した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Tel Aviv University(イスラエル)
• [Int'l Joint Research] Avrasya University(トルコ)
• [Int'l Joint Research] University of Maryland/Stanford University/SLAC National Accelerator Laboratory(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Durham/University of Cambridge/University of Southampton(英国)
• [Int'l Joint Research] Saint Mary’s University/University of Waterloo/University of Manitoba(カナダ)
• [Int'l Joint Research] SRON/ESTEC/Leiden Observatory(オランダ)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] Relativistic fireball reprise: radio suppression at the onset of short magnetar bursts (2019)
  • Author(s): Yamasaki S., Kisaka S., Terasawa T., Enoto T.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 483 Issue: 3 Pages: 4175-4186
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3388
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Scattered Short Gamma-Ray Bursts as Electromagnetic Counterparts to Gravitational Waves and Implications of GW170817 and GRB 170817A (2018)
  • Author(s): Kisaka Shota、Ioka Kunihito、Kashiyama Kazumi、Nakamura Takashi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 867 Issue: 1 Pages: 39-39
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae30a
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Is the Macronova in GW170817 Powered by the Central Engine? (2018)
  • Author(s): Matsumoto Tatsuya , Ioka Kunihito , Kisaka Shota , Nakar Ehud
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 861 Issue: 1 Pages: 55-55
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aac4a8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hitomi X-ray studies of giant radio pulses from the Crab pulsar (2018)
  • Author(s): Hitomi Collaboration, Aya Bamba, et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Issue: 2 Pages: 15-15
  • DOI: 10.1093/pasj/psx083
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Luminosity of synchrotron radiation from outer magnetosphere of pulsars (2018)
  • Author(s): Shota Kisaka, Shuta J Tanaka
  • Journal Title: Proceedings of the International Astronomical Union Volume: 印刷中
• [Journal Article] Magnetic field configurations of magnetars (2018)
  • Author(s): Fujisawa Kotaro, Akihiro Yatabe, Shota Kisaka
  • Journal Title: Proceedings of the International Astronomical Union Volume: 印刷中
• [Journal Article] Luminosity of synchrotron radiation from pulsar magnetospheres (2017)
  • Author(s): Kisaka S、Tanaka S J
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 932 Pages: 012015-012015
  • DOI: 10.1088/1742-6596/932/1/012015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Search for the time evolution of the synchrotron X-ray spectrum of the youngest Galactic supernova remnant G1.9+0.3 using Suzaku (2017)
  • Author(s): Sezer A、Yamazaki R、Ohira Y、Tanaka S、Kisaka S
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 932 Pages: 012053-012053
  • DOI: 10.1088/1742-6596/932/1/012053
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Constraints on pulsed emission model for repeating FRB 121102 (2017)
  • Author(s): Kisaka Shota、Enoto Teruaki、Shibata Shinpei
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Issue: 6
  • DOI: 10.1093/pasj/psx093
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Particle acceleration by pulsar wind nebulae inside supernova remnants (2017)
  • Author(s): Yutaka Ohira, Shota Kisaka, Ryo Yamazaki
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: ICRC2017 Pages: 286-286
  • Open Access
• [Journal Article] Bimodal Long-lasting Components in Short Gamma-Ray Bursts: Promising Electromagnetic Counterparts to Neutron Star Binary Mergers (2017)
  • Author(s): Kisaka Shota、Ioka Kunihito、Sakamoto Takanori
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 846 Issue: 2 Pages: 142-142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8775
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetar Broadband X-Ray Spectra Correlated with Magnetic Fields: Suzaku Archive of SGRs and AXPs Combined with NuSTAR, Swift, and RXTE (2017)
  • Author(s): Enoto Teruaki、Shibata Shinpei、Kitaguchi Takao、Suwa Yudai、Uchide Takahiko、Nishioka Hiroyuki、Kisaka Shota、Nakano Toshio、Murakami Hiroaki、Makishima Kazuo
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Supplement Series Volume: 231 Issue: 1 Pages: 8-8
  • DOI: 10.3847/1538-4365/aa6f0a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficiency of Synchrotron Radiation from Rotation-Powered Pulsars (2017)
  • Author(s): Shota Kisaka, Shuta J. Takana
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 837 Issue: 1 Pages: 76-76
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6080
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Wide-Band Spectra of Giant Radio Pulses from the Crab Pulsar (2016)
  • Author(s): Ryo Mikami, Katsuaki Asano, Shuta J. Tanaka, Shota Kisaka, Mamoru Sekido, Kazuhiro Takefuji, Hiroshi Takeuchi, Hiroaki Misawa, Fuminori Tsuchiya, Hajime Kita, Yoshinori Yonekura, Toshio Terasawa
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 832 Issue: 2 Pages: 212-212
  • DOI: 10.3847/0004-637x/832/2/212
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electric Field Screening with Backflow at Pulsar Polar Cap (2016)
  • Author(s): Shota Kisaka, Katsuaki Asano, Toshio Terasawa
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 829 Issue: 1 Pages: 12-12
  • DOI: 10.3847/0004-637x/829/1/12
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Short gamma-ray bursts and GW170817/GRB 170817A (2019)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: 第18回高宇連研究会「高エネルギー宇宙物理学の最前線と2020-30年代のロードマップ」
  • Invited
• [Presentation] 短いガンマ線バースト (2019)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: 小研究会「Gamma-Ray Burst Follow-Up from Ishigaki」
  • Invited
• [Presentation] Diversity of magnetized neutron stars (2019)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: ～中性子星の観測と理論～ 研究活性化ワークショップ 2019
• [Presentation] Scattered short gamma-ray bursts (2018)
  • Author(s): Shota Kisaka
  • Organizer: Jet and Shock Breakouts in Cosmic Transients
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ブラックホール磁気圏での電磁カスケード (2018)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: 高エネルギー天体現象小研究会
  • Invited
• [Presentation] ショートガンマ線バーストの長時間放射成分の散乱 (2018)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: 第31回理論懇シンポジウム
• [Presentation] ブラックホール磁気圏での電場遮蔽 (2018)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: 高エネルギー宇宙物理学研究会2018
• [Presentation] ガンマ線バーストの散乱とGW170817/GRB 170817A (2018)
  • Author(s): 木坂将大, 井岡邦仁, 樫山和己, 中村卓史
  • Organizer: 日本天文学会 2018年春季年会
• [Presentation] FRB 121102に対する中性子星電波パルスモデル (2018)
  • Author(s): 木坂将大, 榎戸輝揚, 柴田晋平
  • Organizer: 日本天文学会 2018年春季年会
• [Presentation] 2017.11.7 Crab pulsar large glitch観測速報(2): 波形変化の有無検証 (2018)
  • Author(s): 木坂将大, 榎戸輝揚, 寺澤敏夫, 徳丸宗利, 俵海人, 岳藤一宏, 関戸衛, 三澤浩昭, 土屋史紀, 村田泰宏, 竹内央, 米倉覚則, 青木貴弘, 新沼浩太郎, 藤澤健太, 本間希樹, 小山友明, 柴田晋平, 浅野勝晃, 田中周太
  • Organizer: 日本天文学会 2018年春季年会
• [Presentation] Short Gamma-ray Bursts and GRB 170817A (2018)
  • Author(s): Shota Kisaka
  • Organizer: The first annual symposium of the innovative area "Gravitational Wave Physics and Astronomy: Genesis"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ショートガンマ線バーストの長時間放射成分 (2017)
  • Author(s): 木坂 将大, 坂本貴紀, 井岡邦仁
  • Organizer: 日本天文学会 2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] ショートガンマ線バーストと巨新星の統計的特性 (2017)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: 連星中性子星・ブラックホールを含む重力波源の電磁波対応天体
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2017-03-06
  • Invited
• [Presentation] Pulse Profiles and Polarization Characteristics of Non-Thermal Emission from Pulsar Magnetospheres (2017)
  • Author(s): Shota Kisaka
  • Organizer: 2nd CORE-U International Conference: Cosmic Polarimetry from Micro to Macro Scales
  • Place of Presentation: Hiroshima University
  • Year and Date: 2017-02-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ガンマ線バーストの散乱とGW170817/GRB 170817A (2017)
  • Author(s): 木坂 将大, 井岡邦仁, 樫山和己, 中村卓史
  • Organizer: 第30回 理論懇シンポジウム
• [Presentation] Scattered Short Gamma-Ray Bursts as Electromagnetic Counterparts to Gravitational Waves and Implications of GW170817 and GRB 170817A (2017)
  • Author(s): Shota Kisaka, Kunihito Ioka, Kazumi Kashiyama, Takashi Nakamura
  • Organizer: GW170817: The First Double Neutron Star Merger
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 中性子星からの電磁波放射領域 (2017)
  • Author(s): 木坂将大
  • Organizer: 第7回DTAシンポジウム: ～中性子星の観測と理論～ 研究活性化ワークショップ 2017
• [Presentation] ショートガンマ線バーストと合体放出物質 (2017)
  • Author(s): 木坂 将大
  • Organizer: 研究会「ガンマ線バースト研究の新機軸」
  • Invited
• [Presentation] Luminosity of synchrotron radiation in pulsar magnetospheres (2017)
  • Author(s): Shota Kisaka, Shuta J. Tanaka
  • Organizer: IAU Symposium 337 50 Years of Pulsars
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Luminosity of synchrotron radiation in pulsar magnetospheres (2017)
  • Author(s): Shota Kisaka, Shuta J. Tanaka
  • Organizer: Physics of Neutron Stars - 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Detectability of Extended, Plateau, and Scattered Emissions of Short GRBs (2016)
  • Author(s): Shota Kisaka, Kunihito Ioka, Takanori Sakamoto
  • Organizer: 5th Annual Symposium of the Innovative Area on Multi-messenger Study of Gravitational Wave Sources
  • Place of Presentation: Kyoto University
  • Year and Date: 2016-12-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] パルサー磁気圏でのエネルギー変換効率 (2016)
  • Author(s): 木坂将大, 田中周太
  • Organizer: 理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2016-12-20
• [Presentation] Electromagnetic Counterparts to Neutron Star Binary Mergers (2016)
  • Author(s): Shota Kisaka
  • Organizer: The extreme Universe viewed in very-high-energy gamma rays 2016
  • Place of Presentation: University of Tokyo
  • Year and Date: 2016-12-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 磁気圏での粒子生成 (2016)
  • Author(s): 木坂将大
  • Organizer: 高エネルギー宇宙物理学研究会2016
  • Place of Presentation: 青山学院大学
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 中性子星連星合体後の活動性 (2016)
  • Author(s): 木坂将大
  • Organizer: 研究会「コンパクト天体における高エネルギー現象」
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2016-10-11
  • Invited
• [Presentation] 巨新星のX線再放射モデル (2016)
  • Author(s): 木坂 将大, 井岡 邦仁, Ehud Nakar
  • Organizer: 日本天文学会 2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] パルサー磁気圏からのシンクロトロン放射 (2016)
  • Author(s): 木坂将大, 田中周太
  • Organizer: 日本天文学会 2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] パルサー磁気圏構造の変動現象 (2016)
  • Author(s): 木坂将大
  • Organizer: 中性子星勉強会
  • Place of Presentation: 蔵王アストリアホテル
  • Year and Date: 2016-09-08