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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Understanding cosmic-ray acceleration processes through gamma-ray observations with H.E.S.S. and Fermi

Research Project

Project/Area Number 18H03722
Research InstitutionRikkyo University

Principal Investigator

内山 泰伸  立教大学, 理学部, 教授 (00435801)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords宇宙線 / 粒子加速 / ガンマ線 / X線 / 超新星残骸 / パルサー星雲 / ガンマ線バースト
Outline of Annual Research Achievements

宇宙線加速機構の解明を大きな目標とし、フェルミガンマ線宇宙望遠鏡と H.E.S.S. 大気チェレンコフ望遠鏡群を組み合わせた GeV から TeV にわたる広範囲のガンマ線観測、およびガンマ線放射天体のX線硬X線観測による研究を推進している。本年度は、(1) パルサー星雲、(2) 超新星残骸、(3) ガンマ線バーストの観測的・理論的研究を進めた。それぞれのカテゴリーについて、本年度の研究実績は次の通りである。
(1) フェルミ衛星による長期間のガンマ線観測データを用いて、かに星雲からの GeV ガンマ線フレアを多数発見することに成功し、フレア領域の物理状態(磁場など)を推定することができた。国際学術誌に2本の論文を発表した(Arakawa M., et al. ApJ 2020; Khangulyan, D., et al. MNRAS 2019)。
(2) 超新星残骸RXJ1713.7-3946のX線データの解析を進め、コンパクトなシンクロトロンX線源が北西領域に分布していることを発見し、二次電子によるシンクロトロンX線である可能性について検討した。本研究成果は現在、国際学術誌に投稿中である (Higurashi, R., et al. ApJ submitted)。
(3) 相対論的ジェットが放射するガンマ線から宇宙線加速に迫るため、ガンマ線バーストの相対論的ジェットからの超高エネルギーガンマ線放射の探査を行い、はじめてガンマ線残光からの超高エネルギーガンマ線放射の検出に成功し、Nature 誌で発表した(H.E.S.S. Collaboration,Nature 2019)。本研究課題研究チームのKhangulyan氏が主要著者の1名であり、立教大学からプレスリリースを行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

(1) かに星雲からの GeV ガンマ線フレアを多数発見し、新しいモデルを提案(Arakawa M., et al. ApJ 2020; Khangulyan, D., et al. MNRAS 2019)。
(2) 超新星残骸RXJ1713.7-3946のにおける二次電子によるシンクロトロンX線源の候補天体を発見 (Higurashi, R., et al. ApJ submitted)。
(3) ガンマ線バーストにおける相対論的ジェットからのガンマ線放射の探査を行い、はじめてガンマ線残光からの超高エネルギーガンマ線放射の検出に成功(H.E.S.S. Collaboration,Nature 2019)。
という3領域において、研究の顕著な業績をあげることができたため、計画以上の進展があったと自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

パルサー星雲、超新星残骸、ガンマ線バーストの観測的・理論的研究、それぞれのカテゴリーについて、今後の研究推進の方針は次の通りである。
(1) 本年度、フェルミ衛星によって、かに星雲からの GeV ガンマ線フレアを多数発見することに成功し、フレア領域の物理状態(磁場など)を推定することができ、新しいガンマ線放射モデルを提案することができた。今後は、この新モデルの検証を進めるため、より系統的なフレア検出の手法を開発する。
(2) 超新星残骸RXJ1713.7-3946のX線データの解析から、二次電子によるシンクロトロンX線を放射するコンパクトX線を発見できたため、今後は多波長観測のデータから放射機構を検証する。
(3) ガンマ線バースト残光からの超高エネルギーガンマ線放射のはじめての検出が実現したことを受け、今後も検出が見込まれるため、複数のガンマ線バーストのデータを統合して、放射機構の理論的検討を進める。

  • Research Products

    (17 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Max-Planck-Institut fur Kernphysik/Universitat Hamburg/DESY(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Max-Planck-Institut fur Kernphysik/Universitat Hamburg/DESY
    • # of Other Institutions
      6
  • [Int'l Joint Research] Lab. Univ. et Part. de Montpellier/APC, Universite Paris Diderot/Ecole Polytechnique(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Lab. Univ. et Part. de Montpellier/APC, Universite Paris Diderot/Ecole Polytechnique
    • # of Other Institutions
      7
  • [Int'l Joint Research] DIAS(アイルランド)

    • Country Name
      IRELAND
    • Counterpart Institution
      DIAS
  • [Int'l Joint Research] University of Amsterdam(オランダ)

    • Country Name
      NETHERLANDS
    • Counterpart Institution
      University of Amsterdam
  • [Int'l Joint Research] Leopold-Franzens-Universitat Innsbruck(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      Leopold-Franzens-Universitat Innsbruck
  • [Journal Article] Detection of Small Flares from the Crab Nebula with Fermi-LAT2020

    • Author(s)
      Arakawa M., Hayashida, M., Khangulyan, D., Uchiyama, Y.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Time Variability of Nonthermal X-Ray Stripes in Tycho’s Supernova Remnant with Chandra2020

    • Author(s)
      Okuno Tomoyuki、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Aharonian Felix A.、Uchiyama Yasunobu、Tsuru Takeshi Go、Matsuda Masamune
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 894 Pages: 50~50

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab837e

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Detection of ultra-high-energy gamma rays from the Crab Nebula: physical implications2019

    • Author(s)
      Khangulyan Dmitry、Arakawa Masanori、Aharonian Felix
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 491 Pages: 3217~3224

    • DOI

      10.1093/mnras/stz3261

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A very-high-energy component deep in the γ-ray burst afterglow2019

    • Author(s)
      H.E.S.S. Collaboration, Abdalla H.、Adam R.、Aharonian F.、Ait Benkhali F.、Angner E. O.、Arakawa M. et al.
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 575 Pages: 464~467

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1743-9

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] X-ray study of spatial structures in Tycho’s supernova remnant using unsupervised deep learning2019

    • Author(s)
      Iwasaki Hiroyoshi、Ichinohe Yuto、Uchiyama Yasunobu
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 488 Pages: 4106~4116

    • DOI

      10.1093/mnras/stz1990

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] NuSTAR Observations of the Supernova Remnant RX J1713.7-39462019

    • Author(s)
      Tsuji Naomi、Uchiyama Yasunobu、Aharonian Felix、Berge David、Higurashi Ryota、Krivonos Roman、Tanaka Takaaki
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 877 Pages: 96~96

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab1b29

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] X-ray and Gamma-ray View of Particle Acceleration in Galactic Sources2019

    • Author(s)
      Yasunobu Uchiyama
    • Organizer
      TeVPA 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Particle acceleration in young supernova remnants with nonthermal X-ray and TeV gamma-ray observations2019

    • Author(s)
      Naomi Tsuji, Yasunobu Uchiyama, Dmitry Khangulyan, Felix Aharonian
    • Organizer
      TeVPA 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Constraint on diffusion coefficient at SNR shock using nonthermal X-ray and gamma-ray observations2019

    • Author(s)
      Naomi Tsuji, Yasunobu Uchiyama, Dmitry Khangulyan, Felix Aharonian
    • Organizer
      Supernova remnants II, Chania
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超新星残骸 RX J1713.7-3946北西領域の hotspot の解明2019

    • Author(s)
      日暮凌太、辻直美、内山泰伸
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
  • [Presentation] 超新星残骸の非熱的X線観測を用いた衝撃波近傍の拡散係数の推定2019

    • Author(s)
      辻直美、内山泰伸、Dmitry Khangulyan, 日暮凌太
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
  • [Remarks] 高エネルギー天文学 内山研究室 (立教大学)

    • URL

      https://www2.rikkyo.ac.jp/web/y_uchiyama/

URL: 

Published: 2021-01-27  

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