Ｘ線を用いた マグネターの研究

• Project Area: Nuclear matter in neutron stars investigated by experiments and astronomical observations
• Project/Area Number: 25105507
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 牧島 一夫 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20126163)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2013: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: マグネター / 中性子星 / 宇宙Ｘ線 / すざく / トロイダル磁場 / 自由歳差運動

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マグネターと呼ばれる強磁場中性子星の正体を研究している。昨年度は宇宙Ｘ線衛星「すざく」により2009年に観測された、マグネター4U 0142+61 のデータを精査し、周期8.6秒の自転に伴う硬X線パルスの到着時刻が、15時間の周期で0.7秒ほど早まったり遅れたりする現象（位相変調）を世界で初めて発見した。これは、このマグネターが球対称からわずかに変形し、結果として剛体の自由歳差運動が発生し、自転周期と歳差周期の「うなり」が15時間に現れたものと解釈される。この変形量は1/6300と推定され、それは星内部に潜む10の16乗に達する強烈なトロイダル磁場のためと解釈された。
本年度はこの成果を、２つの面から大きく強化した。その１つは、「すざく」が2011年と2013年に得た4U 0142+61 の追観測データを解析した結果、15時間の位相変調が再確認できたことである。これにより初年度に発見した位相変調が、一過性の現象であったり、雑音のいたずらである可能性を、大幅に低減することに成功した。さらに変調の振幅が、年のオーダーで変化することも明らかになった。これは自由歳差運動の「首振り角」の変化ではなく、硬X線の放射パターンの変化と解釈される。以上の成果に基づき2014年6月2日、記者発表（掲載依頼）を行った。
第２には、別のマグネター 1E 1547-5408から同じ現象の検出に成功したことである。この天体の場合、パルス周期は 2.07秒、変調周期は10時間、変調振幅は0.5秒で、示唆される変形量は1/17400 であった。この現象も、内部磁場でマグネターが変形し、それに伴い自由歳差運動が起き、それと自転との「うなり」が見えていると解釈できる。これにより当該現象がマグネターで普遍的に見られる可能性が高まった。これは中性子星の理解にとってきわめて大きな成果であると自負する。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Suzaku studies of the supernova remnant CTB 109 hosting the magnetar 1E 2259+586 (2015)
  • Author(s): T. Nakano, H. Murakami, K. Makishima, J. S. Hiraga, H. Uchiyama, H. Kaneda, T. Enoto
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 67 Issue: 1 Pages: 912-912
  • DOI: 10.1093/pasj/psu135
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Possible Evidence for Free Precession of a Strongly Magnetized Neutron Star in the Magnetar 4U 0142+61 (2014)
  • Author(s): K. Makishima, and T. Enoto, et al.
  • Journal Title: Physical Review Letter Volume: 112 Issue: 17 Pages: 171102-171102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.171102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Firm Detection of a Cyclotron Resonance Feature with Suzaku in the X-ray Spectrum of GRO J1008-57 during a Giant Outburst in 2012 (2014)
  • Author(s): Yamamoto, Takayuki; Mihara, Tatehiro; Sugizaki, Mutsumi; Nakajima, Motoki; Makishima, Kazuo; Sasano, Makoto
  • Journal Title: PASJ Volume: 66 Issue: 3
  • DOI: 10.1093/pasj/psu028
  • NAID: 40020140487
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spectral and Timing Nature of the Symbiotic X-ray Binary 4U 1954+319: The Slowest Rotating Neutron Star in an X-ray Binary System (2014)
  • Author(s): T. Enoto, M. Sasano, S. Yamada, T. Tamagawa, K. Makishima, K. Pottschmidt, D. Marcu, R. Corbet, F. Fuerst, and J. Wilms
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 786 Issue: 2 Pages: 127-143
  • DOI: 10.1088/0004-637x/786/2/127
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Suzaku view of the neutron star in the dipping source 4U 1822-37 (2014)
  • Author(s): Sasano, M.,Makishima, K., Sakurai, S., Zhang, Z., and Enoto, T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 66 Issue: 2 Pages: 35-35
  • DOI: 10.1093/pasj/psu002
  • NAID: 40020090890
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Possible Evidence for Free Precession of a Strongly Magnetized Neutron Star in the Magnetar 4U 0142+61 (2014)
  • Author(s): Makishima, K., Enoto, T., Hiraga, J.S., Nakano, T., Nakazawa, K., Sakurai , S., Sasano, M. and Murakami , H.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suzaku studies of luminosity-dependent changes in the low-mass X-ray binary Aquila X-1 (2014)
  • Author(s): Sakurai, S.,Torii, S., Noda, H., Zhang, Z., Ono, K., Nakazawa, K., Makishima, K., Takahashi, H., Yamada, S. and Matsuoka, M.:
  • Journal Title: Publications of Astronomical Society of Japan Volume: 66 Issue: 1
  • DOI: 10.1093/pasj/pst010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Precursors and outbursts of A 0535+26 in 2009-2011 observed by the MAXI/GSC and the Swift/BAT (2014)
  • Author(s): Nakajima, Motoki; Mihara, Tatehiro; Sugizaki, Mutsumi; Serino, Motoko; Matsuoka, Masaru; Kawai, Nobuyuki; Makishima, Kazuo
  • Journal Title: PASJ Volume: 66 Issue: 1
  • DOI: 10.1093/pasj/pst002
  • NAID: 40020043440
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Firm Detection of a Cyclotron Resonance Feature with Suzaku in the X-ray Spectrum of GRO J1008-57 during a Giant Outburst in 2012 (2014)
  • Author(s): Yamamoto,T., Mihara, T., Sugizaki, M., Nakajima, M., Makishima, K., and Sasano, M.
  • Journal Title: Publications of Astronomical Society of Japan Volume: 66
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectral and Timing Nature of the Symbiotic X-ray Binary 4U 1954+319: The Slowest Rotating Neutron Star in an X-ray Binary System (2014)
  • Author(s): Enoto, T., Sasano, M., Yamada, S., Tamagawa, T., Makishima, K., Pottschmidt, K., Marcu, D., Corbet, R. H. D., Fuerst, F. and Wilms, J.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 印刷中 Pages: 1-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suzaku Follow-Up Observation of the Activated Magnetar 1E 1547.0-5408 (2013)
  • Author(s): T. Iwahashi, T. Enoto, S. Yamada, H. Nishioka, K. Nakazawa, T. Tamagawa, K. Makishima
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 65 Issue: 3
  • DOI: 10.1093/pasj/65.3.52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] From Sco X-1 to magnetars: Past, present, and future of X-ray studies of neutron stars (2013)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Journal Title: Memorie della Societa Astronomica Italiana Volume: 84 Pages: 547-552
• [Presentation] マグネター歳差運動の二例目：「すざく」による1E1547.0－5408 の結果 (2015)
  • Author(s): 牧島一夫、榎戸輝揚、村上浩章、古田禄大、笹野理、中野俊男、中澤知洋
  • Organizer: 日本天文学会・春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学（ 大阪府、豊中市）
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] マグネター 4U 0142+61 における自由歳差運動の徴候 IV (2015)
  • Author(s): 村上浩章、牧島一夫、榎戸輝揚、古田禄大、笹野理、中 野俊男、櫻井壮希、中澤知洋
  • Organizer: 日本天文学会・春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学（ 大阪府、豊中市）
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] マグネター1E 2259+586 と付随する超新星残骸CTB109 の親星質量 (2015)
  • Author(s): 中野俊男、村上浩章、古田禄大、平賀純子、牧島一夫、金田英宏、内山秀樹、榎戸輝揚
  • Organizer: 日本天文学会・春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学（ 大阪府、豊中市）
  • Year and Date: 2015-03-19
• [Presentation] 長周期パルサー1E 161348-5055 を伴う超新星残骸RCW 103 のXMMNewton による詳細解析 (2015)
  • Author(s): 古田禄大、中野俊男、村上浩章、中澤知洋、牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学（ 大阪府、豊中市）
  • Year and Date: 2015-03-19
• [Presentation] 「すざく」によるマグネターの自由歳差運動の検出 (2015)
  • Author(s): 牧島一夫
  • Organizer: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA相模原キャンパス（ 神奈川県、相模原市）
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [Presentation] マグネターの自由歳差運動と磁気変形 (2014)
  • Author(s): 牧島一夫
  • Organizer: 科研費新学術領域「実験と観測で解き明かす中性子星の核物質」第３回研究会
  • Place of Presentation: 熱川ハイツ（ 静岡県、賀茂郡東伊豆町）
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-25
  • Invited
• [Presentation] 『すざく』で探るマグネター 4U 0142+61 における中性子星の自由歳差運動と磁気変形 II (2014)
  • Author(s): 牧島一夫、榎戸輝揚、村上浩章、平賀 S. 純子、中野俊男、中澤知洋、櫻井壮希、笹野理
  • Organizer: 日本物理学会・秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学（ 佐賀県、佐賀市）
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] マグネター4U 0142+61 における自由歳差運動の徴候 II (2014)
  • Author(s): 牧島一夫、榎戸輝揚、中澤知洋、平賀純子、中野俊男、笹野理、櫻井壮希、村上浩章
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（ 山形県、山形市）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 長周期パルサー1E 161348-5055 を伴う超新星残骸RCW 103 の「すざく」 による観測的研究 (2014)
  • Author(s): 古田禄大、中野俊男、村上浩章、中澤知洋、牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（ 山形県、山形市）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 自由歳差運動する中性子星からのパルス放射の定式化 (2014)
  • Author(s): 村上浩章、古田禄大、中野俊男、笹野理、櫻井壮希、中澤知洋、牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（ 山形県、山形市）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 自転周期のきわめて遅いＸ線パルサー4U 1954+319 のすざく観測 (2014)
  • Author(s): 榎戸輝揚、笹野理、山田真也、玉川徹、牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（ 山形県、山形市）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 「すざく」が得た大質量星中性子星連星系における鉄輝線の光電離の兆候 (2014)
  • Author(s): 室田優紀、笹野理、中澤知洋、牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（ 山形県、山形市）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 『すざく』による特異な低質量星と中性子星の連星GRO J1744-28 の観測 (2014)
  • Author(s): 笹野理、榎戸輝揚、牧島一夫、堂谷忠靖, 岩井將親
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学（ 山形県、山形市）
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] Study of magnetic field effects for accretions with highly magnetized neutron stars in low mass X-ray binaries (2014)
  • Author(s): Sasano, M., Enoto, T., Makishima, K., and Sakurai, S.
  • Organizer: The 40th COSPAR Scientific Assembly, Symposium E1.1
  • Place of Presentation: Moscow (Russia)
  • Year and Date: 2014-08-03
• [Presentation] Evidence for Magnetic Deformation of the Magnetar 4U 0142+61 (2014)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Organizer: European Week of Astronomy and Space Science, Special Session 1
  • Place of Presentation: Geneva (Switzerland)
  • Year and Date: 2014-06-30
• [Presentation] Evidence for Free Precession of a Strongly Magnetized Neutron Star in the Magnetar 4U 0142+61: X-ray Observations with Suzaku (2014)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Organizer: Mini Workshop on High-Density Nuclear Matter and Compact Stars
  • Place of Presentation: 千葉工業大学スカイツリーキャンパス（ 東京都、墨田区）
  • Year and Date: 2014-06-07
• [Presentation] Clues to the formation and evolution of magnetars from X-ray observations of the associated supernova remnants (2014)
  • Author(s): Nakano, T., Makishima, K., Enoto, T. and Uchiyama, H.:
  • Organizer: The Structure and Signals of Neutron Stars, from Birth to Death
  • Place of Presentation: Firenze (Italy)
• [Presentation] 『すざく』で探るマグネター 4U 0142+61 における中性子星の自由歳差運動と磁気変形 (2014)
  • Author(s): 牧島一夫、榎戸輝揚、平賀 S. 純子、中野俊男、中澤知洋、櫻井壮希、笹野理
  • Organizer: 日本物理学会 春の年会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県）
• [Presentation] Suzaku Studies of the Supernova Remnant CTB109 and its Central Magnetar 1E 2259+586 (2013)
  • Author(s): Nakano, T. and Makishima, K.:
  • Organizer: The Fast and the Furious: Energetic Phenomena in Isolated Neutron Stars, Pulsar Wind Nebulae and Supernova Remnants
  • Place of Presentation: Madrid (Spain)
• [Presentation] Suzaku View of Recent Magnetar and Magnetar-related Objects (2013)
  • Author(s): Enoto,T., Makishima,K., Shibata,S., Nakagawa,Y. and Sakamoto, T.:
  • Organizer: The Fast and the Furious: Energetic Phenomena in Isolated Neutron Stars, Pulsar Wind Nebulae and Supernova Remnants
  • Place of Presentation: Madrid (Spain)
• [Presentation] Possible Magnetic Deformation of Magnetars (2013)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Organizer: マグネター研究交流会
  • Place of Presentation: 理研和光キャンバス (埼玉県)
• [Presentation] Some Novel Results from Recent X-ray Observations (2013)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Organizer: Fujihara Seminar: X-raying the Gamma-Ray Universe -- CTA-X-ray LINK Meeting --
  • Place of Presentation: 箱根湯本（神奈川県）
  • Invited