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マグネターの放射機構の解明

Research Project

Project/Area Number 20J20050
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

丹波 翼  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords中性子星 / 強磁場 / 降着流 / X線天文学
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、宇宙で最も強い磁場を実現するマグネターという天体のX線観測を通じてその放射機構を解明し、量子電磁力学の効果をはじめとする超強磁場下における物理現象を初めて巨視的スケールで観測することである。そのために、現行のX線天文衛星の観測データの解析を行い、放射機構のシミュレーションと組み合わせることによって、マグネターの観測的・理論的研究を行う。それとともに、さらなる詳細なX線観測を目指した将来のX線天文衛星の検出器開発にも取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、強磁場環境を伴う中性子星の放射機構の解明を目指している。特に、降着駆動型中性子星に着目しており、重力エネルギーをX線として放射する「X線パルサー」に焦点を当てて研究を行ってきた。その中心的役割を果たしたのが、X線衛星NuSTARに採択されたX線パルサーCen X-3の観測提案であり、これまでの観測データと比べて広帯域かつ長時間の良質な観測データを得ることに成功した。4日間という本天体では過去最長のX線観測が2022年1月に行われ、本年度は主にその観測データ解析を行った。
Cen X-3はX線パルサーの中でも非常に明るい光度を持つ。そのため、大統計を活かしたX線スペクトルの時間変動解析が可能である。X線スペクトル時間変動は、X線放射の異方性と強く結びついており、降着流および周辺物質の3次元物理描像を抽出するのに多大な役割を果たす。本研究では、Cen X-3の連星軌道位相および自転位相のスペクトル変動を詳細に解析し、その物理的起源を初めて明らかにした。軌道位相に伴うスペクトル変動は、安定した降着流からのX線放射と降着円盤からの熱的放射の2成分で説明することができ、その変動は伴星から放出される非一様な星風による遮蔽効果によるものであることが明らかになった。この結果は、これまで現象論的にしか理解されてこなかったスペクトル変動に初めて物理的説明を与えたものである。一方、自転位相に伴うスペクトル変動は、降着流の幾何学構造と強磁場中のプラズマのコンプトン散乱異方性に起因しており、その幾何学構造を制限することに成功した。モンテカルロシミュレーションを用いて降着流の物理現象を再現し、それを観測結果と比較するという独自の手法を採用しており、今後はHer X-1をはじめとする他のX線パルサーへの応用も期待できる。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Orbital- and Spin-phase Variability in the X-Ray Emission from the Accreting Pulsar Centaurus X-32023

    • Author(s)
      Tamba Tsubasa、Odaka Hirokazu、Tanimoto Atsushi、Suzuki Hiromasa、Takashima Satoshi、Bamba Aya
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 944 Issue: 1 Pages: 9-9

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acadde

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Simulation-based spectral analysis of X-ray CCD data affected by photon pile-up2022

    • Author(s)
      Tsubasa Tamba, Hirookazu Odaka, Aya Bamba, Hirohsi Murakami, Koji Mori, Kiyoshi Hayashida, Yukikatsu Terada, Tsunefumi Mizuno, Masayoshi Nobukawa
    • Journal Title

      PASJ

      Volume: 74 Issue: 2 Pages: 364-383

    • DOI

      10.1093/pasj/psab131

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Discovery of 41 ks hard X-ray Pulse-Phase Modulations from SGR 1900+142021

    • Author(s)
      Kazuo Makishima, Tsubasa Tamba, Yuki Aizawa, Hirokazu Odaka, Hiroki Yoneda, Teruaki Enoto, Hiromasa Suzuki
    • Journal Title

      PASJ

      Volume: 923 Issue: 1 Pages: 63-63

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac28fd

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of the detector simulation framework for the Wideband Hybrid X-ray Imager onboard FORCE2020

    • Author(s)
      Suzuki Hiromasa、Tamba Tsubasa、Odaka Hirokazu、Bamba Aya、Hagino Kouichi、Takeda Ayaki、Mori Koji、Hida Takahiro、Yukumoto Masataka、Nishioka Yusuke、Tsuru Takeshi G.
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 979 Pages: 164433-164433

    • DOI

      10.1016/j.nima.2020.164433

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Return of the Big Glitcher: <i>NICER</i> timing and glitches of PSR?J0537?69102020

    • Author(s)
      Ho Wynn C G、Espinoza Crist?bal M、Arzoumanian Zaven、Enoto Teruaki、Tamba Tsubasa、Antonopoulou Danai、Bejger Micha?、Guillot Sebastien、Haskell Brynmor、Ray Paul S
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 498 Issue: 4 Pages: 4605-4614

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2640

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Artifact-less coded aperture imaging in the x-ray band with multiple different random patterns2020

    • Author(s)
      Kasuga Tomoaki、Odaka Hirokazu、Hatauchi Kosuke、Takashima Satoshi、Tamba Tsubasa、Aizawa Yuki、Hashiba Soichiro、Bamba Aya、Zhou Yuanhui、Tamagawa Toru
    • Journal Title

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      Volume: 6 Issue: 03 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1117/1.jatis.6.3.035002

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 降着X線パルサーのパルスプロファイル解析を用いた降着円柱からの放射異方性の解明2023

    • Author(s)
      丹波翼, 小高裕和, 谷本敦, 鈴木寛大, 高嶋聡, 馬場彩
    • Organizer
      日本天文学会2023年春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of a new analysis framework for pile-up data of X-ray CCDs based on Monte-Carlo simulation2022

    • Author(s)
      Tsubasa Tamba, Hirokazu Odaka, Aya Bamba, Hiroshi Murakami, Koji Mori, Kiyoshi Hayashida, Yukikatsu Terada, Masayoshi Nobukawa, Tsunefumi Mizuno, Tomokage Yoneyama, XRISM MOPT
    • Organizer
      IACHEC 2022 Spring Virtual Workshop
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Xtendを使い倒す: 明るい点源の観測と解析2022

    • Author(s)
      丹波翼
    • Organizer
      XRISM Core-to-Core Science Workshop 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] NUSTAR衛星の長時間観測による大質量X線連星CenX-3のスペクトル変動機構の解明2022

    • Author(s)
      丹波翼, 小高裕和, 谷本敦, 鈴木寛大, 高嶋聡, 馬場彩
    • Organizer
      日本天文学会2022年秋季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] モンテカルロシミュレーションを用いたX 線 CCD 検出器のパイルアップ天体データの解析2022

    • Author(s)
      丹波翼, 小高裕和, 馬場彩, 村上弘志, 森浩二, 林田清, 寺田幸功, 信川正順, 水野恒史, XRISM MOPT
    • Organizer
      日本物理学会第 76 回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Probing accretion flow structure of the HMXB Centaurus X-3 through X-ray spectral variability2021

    • Author(s)
      Tsubasa Tamba, Hirokazu Odaka, Aya Bamba, Atsushi Tanimoto, Satoshi Takashima, Hiromasa Suzuki
    • Organizer
      IAU Symposium 363
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大質量 X 線連星Cen X-3 の軌道位相に伴う放射機構の変化2021

    • Author(s)
      丹波翼, 小高裕和, 谷本敦, 鈴木寛大, 高嶋聡, 馬場彩
    • Organizer
      日本天文学会 2021 年秋季年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] CMOSイメージャを用いたX線偏光撮像システムの開発 VIII: 偏光イメージング再構成手法 の開発2021

    • Author(s)
      丹波翼, 渡邊泰平, 小高裕和, 畠内康輔, 春日知明, 高嶋聡, 鈴木寛大, 南木宙人, 谷本敦, 馬場彩
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] X線分光撮像衛星XRISM搭載CCD検出器のためのパイルアップの分析と補正アルゴリズムの開発(2)2020

    • Author(s)
      丹波翼, 小高裕和, 馬場彩, 村上弘志, 森浩二, 林田清, 寺田幸功, XRISM MOPT
    • Organizer
      日本天文学会2020年秋季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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