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Exploring neutron stars and black holes via variable phenomena in magnetospheres

Research Project

Project/Area Number 19K03850
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

小嶌 康史  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 名誉教授 (10192577)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords高エネルギー天体現象 / 中性子星 / ブラックホール / 磁場 / 電磁流体力学 / 重力波 / 相対論 / 粒子加速 / カイラル磁気効果 / 宇宙物理
Outline of Research at the Start

永年的時間尺度で徐々にエネルギーが磁気圏に蓄積され、臨界値を超えるとカタストロフィ的な電磁気的突発天体現象が現れる。マグネター(中性子星)のフレアやブラックホール近傍からのジェットがその例で、そこでは強い重力下での特異な現象として発現する。本研究では、マグネター内部磁場変動と極限状態への進化過程、ブラックホール磁気圏構造からのジェット発生起源に関係して相対論的な電磁場構造の深層理解の研究を行う。相対論特有の現象との視点から、高密度核物質が関係する中性子星の内部状態、中性子星の磁場の起源や進化、天体観測、非線形動力学や高密度核物質などに対する新たな示唆を創出する。

Outline of Annual Research Achievements

磁場が強い中性子星(マグネター)では、異常な超過熱源と突発的なバースト現象がみられる。それらの原因はともに強磁場と考えられる。余分な熱源は磁場消失に伴うジュール熱である。また、磁場の時間進化により、星表面付近のクラスト(殻)部分に磁場のストレスが徐々に蓄積され、その歪みが固相の弾性限界を超えた時、突発的な構造変化が起きる。前年までに、その過程を具体的に理論計算により探ってきた。
もう一つの特異な中性子星の種属としてCCO(Central Compact Object)があり、その表面の双極子磁場強度は平均よりも2桁以上小さいものの、マグネターと同程度強い熱源がみられる。これを磁場消失に伴うジュール熱とすると、内部にマグネター級の強い磁場があることになる。磁場形状の差により、突発的な構造変化に至る時間尺度や限界の蓄積エネルギーがどのようになるかを調べた。CCOのモデルで考えられているように、クラスト内部に閉じ込める形状では限界に至る時間は長くなり、CCOではバースト現象は見られないことを示唆する結果を得た。この内容は公表論文として発表した。
また、クラスト(殻)部分の弾性力を考慮した、磁気中性子星の力学平衡をこの数年間に研究してきた。より一般的な状況として、クラスト内部のコア(芯)部分と中性子星表面でどの程度の磁場の変化が可能であるかを検討した。その変化が大きい場合、より大きな弾性力が必要になる。その結果、マグネター表面でみられる強度の1桁以上強い成分はより内部に存在する必要がわかった。観測されているマグネターの歳差運動から、内部には2桁程度強い成分が必要と考えられるが、その成分はクラスト部分には染み出ることなく内部に保持されている必要がある。この内容も公表論文として発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究は順調に進んだ。公表論文や対面での学会や研究会で成果報告ができた。しかし、本計画が開始した当初に起きたコロナ禍による学会等参加中止による予算の繰り越しがあり、以降の進展に役立てる。

Strategy for Future Research Activity

進展中の課題がいくつかあり、それを取りまとめる計画である。さらに、対面での学会や研究会での成果発表や有意義な議論の機会を利用して、さらなる研究の発展を目指す。

Report

(5 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 5 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] Institute of Physics/Silesian University in Opava(チェコ)

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      Kojima Yasufumi、Yoshida Shijun
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      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 527 Issue: 2 Pages: 2297-2302

    • DOI

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      Kojima Yasufumi、Kisaka Shota、Fujisawa Kotaro
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 946 Issue: 2 Pages: 75-75

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acc06b

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      Kojima Yasufumi
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 938 Issue: 2 Pages: 91-91

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac9184

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      Fujisawa Kotaro、Kojima Yasufumi、Kisaka Shota
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 519 Issue: 3 Pages: 3776-3784

    • DOI

      10.1093/mnras/stac3750

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      Fujisawa Kotaro、Kisaka Shota、Kojima Yasufumi
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      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 516 Issue: 4 Pages: 5196-5208

    • DOI

      10.1093/mnras/stac2585

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      Kojima Yasufumi、Kisaka Shota、Fujisawa Kotaro
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 511 Issue: 1 Pages: 480-487

    • DOI

      10.1093/mnras/stac036

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      Kojima Yasufumi、Kisaka Shota、Fujisawa Kotaro
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      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 506 Issue: 3 Pages: 3936-3945

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1848

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      Kojima Yasufumi、Kisaka Shota、Fujisawa Kotaro
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      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 502 Issue: 2 Pages: 2097-2104

    • DOI

      10.1093/mnras/staa3489

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      Kojima Yasufumi、Suzuki Kazuki
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      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 494 Issue: 3 Pages: 3790-3798

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      10.1093/mnras/staa1045

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      Kojima Yasufumi、Kimura Yuto
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      Universe

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 1-1

    • DOI

      10.3390/universe7010001

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      Kovar Jiri、Kojima Yasufumi、Slany Petr、Stuchlik Zdenek、Karas Vladimir
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      Classical and Quantum Gravity

      Volume: 37 Issue: 24 Pages: 245007-245007

    • DOI

      10.1088/1361-6382/abbe70

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      Kojima Yasufumi、Miura Yuri
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2019 Issue: 4

    • DOI

      10.1093/ptep/ptz027

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-12-25  

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