2018 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical Study of High-Energy Multimessengers from PeV Sources
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18H01215
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
井岡 邦仁 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (80402759)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高エネルギー天体 / ブラックホール / マルチメッセンジャー / ジェット / 宇宙線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
PeV天体の一つの候補にガンマ線バーストのジェットがある。最近、重力波イベントGW170817の発見によって、ついに本格的なマルチメッセンジャー天文学が始まり、連星中性子星の合体によってショートガンマ線バーストのジェットが放出されたことがほぼ明らかになってきた。我々もこの大きな進展に対し様々な貢献をした。まず、連星中性子星合体からのジェットが、どのような電磁波対応天体として観測されるかを検討した。観測されたガンマ線バーストが大変暗かったので、ジェットを横から見ている off-axis モデルを提唱し、現在では標準的な理解となっている。観測された残光放射からジェットが放出されたことは確実となり、連星中性子星の合体に伴って飛散する物質をジェットが突き破って出てきたことを意味している。ジェットがどういう強さなら飛散物質を突き破ることができるかを見積もり、今回放出されたジェットは普通のガンマ線バーストと同程度の強いジェットでなければならないことが分かった。ジェットは飛散物質の中でも、高エネルギーガンマ線やニュートリノを生成するが、ガンマ線は吸収され、ニュートリノだけが観測できる。これは、最近の高エネルギーニュートリノの観測から示唆される、PeV ガンマ線は天体から出てこれないのではないか？という隠れた PeV 天体仮説とも関係する。また、ジェットは、特に長時間続くと、飛散物質を加熱し、光赤外線で観測された巨新星・キロノバにも影響を与えることを指摘した。off-axis ジェットからの放射が、飛散物質に散乱されてガンマ線バーストになる可能性も指摘した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マルチメッセンジャーの観測が進み、当初考えていたことを超える予想外のことも起こっているが、それらにしっかり対応して、本テーマに沿った成果を上げている。
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| Strategy for Future Research Activity |
PeV天体の一つの候補にガンマ線バーストのジェットがある。最近、重力波イベントGW170817の観測によって連星中性子星の合体とショートガンマ線バーストについての知見が豊富に得られるようになってきた。特に、連星中性子星の合体に伴って飛散する物質については、(おそらくr過程元素の放射性崩壊に伴う)放射が観測されたので、その性質が比較的良く分かってきた。また、ガンマ線も観測され、さらに残光の観測からもジェットの存在がほぼ確実になった。ジェットからのガンマ線が観測されるには、ジェットが飛散物質を貫く必要がある。そこで、飛散物質内のジェットの伝搬を数値的および解析的に調べることで、ジェットが飛散物質を貫くことのできる条件を求める。これまで飛散物質の運動を考慮して条件を解析的に求めた研究はない。これにより、GW170817でのジェットの性質に制限を加える。また、その伝搬中にできる高温のコクーンは、飛散物質に比べて速度が速いので、その後周りの星間物質と衝撃波を起こしPeV宇宙線の起源になる可能性がある。上記の計算に加えて、コクーンの質量や速度を求めることで、高エネルギー粒子の加速を調べるための基礎を構築する。また、これらの物理量は、コクーンからの冷却放射を計算するためにも必要になる。コクーン放射を近い将来観測するための理論的な予想を行う。
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Research Products
(19 results)
