超新星残骸のニッケルK輝線の撮像分光観測から迫る超新星爆発機構の解明

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18J01417
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松村 英晃 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Keywords: 超新星残骸 / 分子雲 / SOIピクセル検出器 / 放射線損傷 / 電荷収集効率

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、電波望遠鏡およびX線衛星を用いた超新星残骸の天体解析および、イベント駆動型SOIピクセル検出器 XRPIXの開発研究を行った。再結合優勢な過電離プラズマが発見されている超新星残骸 G166.0+4.3 の一部の領域は分子雲が相互作用していることが期待できる。そこで、野辺山 45m 電波望遠鏡を用いて12CO輝線を用いた分子雲探査を行い、期待していた領域にのみ分子雲が存在することを示した。これは過電離プラズマの生成起源は冷たい分子雲とプラズマとの熱伝導であることを示している。また、大マゼラン雲にある超新星残骸 N63A において ALMA 電波望遠鏡と Chandra X線天文衛星を用いた研究を行なった。ALMA の高い空間分解能により、銀河系外の超新星残骸に付随する clumpy な分子雲の存在を示した。また Chandra を用いた X線プラズマ診断から、これらの分子雲に接する領域において 4keV以上の高エネルギー帯域にまで達するX線成分を発見した。この成分の起源としては、~ 2keV にまで高温に衝撃波加熱された星間物質、または衝撃波加速された粒子からのシンクロトロン放射が考えられる。検出器開発については、素子の放射線損傷および電荷収集効率についての研究を主に進めた。Molybdenum ターゲットを用いて発生させた hard X-ray を照射することで、素子の total ionizing dose effects について調査し、衛星搭載品として放射線耐性が十分であることを示した。また、新たに開発した素子の電荷収集効率の一様性を調査し、過去の素子で見られたピクセル境界での量子効率の低下が、今回の素子では大きく改善していることを確認した。これは、ピクセルレイアウトを変更したことで、素子内電場形状が改善したことを示している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、超新星残骸の天体解析について、G166.0+4.3 に付随する分子雲観測の内容で国際・国内学会にて口頭発表を行った。また、N63A の分子雲観測とプラズマ診断の内容については国際誌論文として報告し、2019年6月の国際学会にて報告予定である。検出器開発についても、素子の放射線損傷および電荷収集効率についての研究で合計 5つの論文を作成し、受諾されている。また国際学会の口頭・ポスター発表でも研究内容を報告している。これらの結果は、本研究が順調に進呈していることを示している。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、超新星残骸 3C 397 および Tycho についてすざく衛星とNuSTAR衛星を用いたX線プラズマ診断を行う。Fe-K 輝線および Ni-K 輝線と連続 X 線成分を分離し、 Fe と Ni の質量を精度よく見積もり、各超新星残骸の爆発機構が SD 説か DD 説かの決着をつける。Fe-K と Ni-K の空間分布の比較を行い、高温高密度の爆発中心部がどこに位置するか調査する。Niのイメージの非対称性を発見することは、ジェットが爆発に重要な役割を果たした証拠となる。また、SOIピクセル検出器開発について、読み出しノイズ 10 電子(rms)を目指した、小さい読み出しノードによる低寄生容量素子の性能評価を行う。さらに ADC を搭載することで、素子外の下流で受けるノイズの影響を受けなくした素子のレイアウトを行い、次々年度の性能評価に向けた開発を進める。

Research Products

• [Journal Article] ALMA CO Observations of Supernova Remnant N63A in the Large Magellanic Cloud: Discovery of Dense Molecular Clouds Embedded within Shock-Ionized and Photoionized Nebulae (2019)
  • Author(s): H. Sano, H. Matsumura, T. Nagaya, Y. Yamane, R. Z. E. Alsaberi, M. D. Filipovic, K. Tachihara, K. Fujii, K. Tokuda, K. Tsuge, S. Yoshiike, T. Onishi, A. Kawamura, T. Minamidani, N. Mizuno, H. Yamamoto, S. Inutsuka, T. Inoue, N. Maxted, G. Rowell, M. Sasaki, Y. Fukui
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 873 Pages: 40, 53
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab02fd
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Suzaku X-ray observations of the mixed-morphology supernova remnant CTB 1 (2018)
  • Author(s): Miho Katsuragawa, Shinya Nakashima, Hideaki Matsumura, Takaaki Tanaka, Hiroyuki Uchida, Shiu-Hang Lee, Yasunobu Uchiyama, Masanori Arakawa, Tadayuki Takahashi
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Pages: 110, 120
  • DOI: 10.1093/pasj/psy114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Total ionizing dose effects on the SOI pixel sensor for X-ray astronomical use (2018)
  • Author(s): Koji Mori, Yusuke Nishioka, Ayaki Takeda, Nobuaki Takebayashi, Ryota Takenaka, Seina Sakakura, Shoma Yokoyama, Kohei Fukuda, Masataka Yukumoto, Takahiro Hida, Takeshi G. Tsuru, Takaaki Tanaka, Hideaki Matsumura, Hideki Hayashi, Takayoshi Kohmura, Shinya Nakashima, Yasuo Arai, Ikuo Kurachi
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A Volume: 924 Pages: 473, 479
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.07.057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance of the Silicon-On-Insulator Pixel Sensor for X-ray Astronomy, XRPIX6E, Equipped with Pinned Depleted Diode Structure (2018)
  • Author(s): S. Harada, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, H. Matsumura, K. Tachibana, H. Hayashi, A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka & 16 coauthors
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A Volume: 924 Pages: 468, 472
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.127
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray response evaluation in subpixel level for X-ray SOI pixel detectors (2018)
  • Author(s): K. Negishi, T. Kohmura, K. Hagino, T. Kogiso, K. Oono, K. Yarita, A. Sasaki, K. Tamasawa, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Matsumura & 13 coauthors
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A Volume: 924 Pages: 462, 467
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.06.073
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton Radiation Damage Experiment for X-Ray SOI Pixel Detectors (2018)
  • Author(s): K. Yarita, T. Kohmura, K. Hagino, T. Kogiso, K. Oono, K. Negishi, K. Tamasawa, A. Sasaki, S. Yoshiki, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Matsumura & 14 coauthors
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A Volume: 924 Pages: 457, 461
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of Kyoto’s event-driven X-ray astronomical SOI pixel sensor with a large imaging area (2018)
  • Author(s): H. Hayashi, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, H. Matsumura, K. Tachibana, S. Harada, A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka & 16 coauthors
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A Volume: 924 Pages: 400, 403
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.042
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Suzaku X-ray Observations of Galactic Supernova Remnants to Understand the Formation Process of Recombining Plasmas (2019)
  • Author(s): Hideaki Matsumura
  • Organizer: Supernova Remnants II; an Odyssey in Space after Stellar Death
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatially Resolved Spectroscopy of the Supernova Remnant N63A in the Large Magellanic Cloud (2019)
  • Author(s): H. Matsumura, H. Sano, Y. Yamane, K. Tachihara, M. Sasaki, and Y. Fukui
  • Organizer: The X-ray Universe 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Detection of Molecular Clouds associated with the Mixed-morphology Supernova Remnant G166.0+4.3 (2018)
  • Author(s): Hideki Matsumura
  • Organizer: SNR Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 野辺山 45m 電波望遠鏡を用いた超新星残骸 G166.0+4.3 に付随する分子雲の発見と過電離プラズマ生成起源への示唆 (2018)
  • Author(s): 松村英晃
  • Organizer: 日本天文学会2018秋季年会
• [Presentation] Kyoto's event-driven x-ray astronomy SOI pixel sensor for the FORCE mission (2018)
  • Author(s): Tsuru, Takeshi G.; Hayashi, Hideki; Tachibana, Katsuhiro; Harada, Soudai; Uchida, Hiroyuki; Tanaka, Takaaki; Arai, Yasuo; Kurachi, Ikuo; Mori, Koji; Takeda, Ayaki; Nishioka, Yusuke; Takebayashi, Nobuaki; Yokoyama, Shoma; Fukuda, Kohei; Kohmura, Takayoshi; Hagino, Kouichi; 10 coautors
  • Organizer: SPIE 2018
  • Int'l Joint Research