2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of blackhole spacetime with spin through polarization observation of X rays
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19H00696
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
郡司 修一 山形大学, 理学部, 教授 (70241685)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 恒史 広島大学, 宇宙科学センター, 准教授 (20403579)
林田 清 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30222227)
北口 貴雄 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (30620679)
三石 郁之 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (90725863)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ガンマ線バースト / 残光 / 偏光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガンマ線バースト(GRB)は宇宙最大の高エネルギー現象である。GRBには2つの種類が存在し、比較的継続時間が長いものは極超新星爆発が原因であり、比較的継続時間が短いものはコンパクト天体の合体である。両者とも爆発時に高速の99.999%程度で物質が噴き出すジェットを形成し、そこからガンマ線が放出される。またこの放出された物質は、星間物質と衝突して外部衝撃波を作り、残光としてX線、可視光、電波を放出する。この残光はシンクロトロン放射によって起こっている事がほぼ間違いないが、シンクロトロン放射の原因になる磁場がどのようなメカニズムで発生しているのかは定かでは無い。その磁場の原因を明らかにするには、様々な波長で残光の偏光観測を行うことが重要であるが、X線領域ではそれが未だに行われていない。そこで、我々はIXPE衛星を使って、ガンマ線バーストのX線残光の偏光検出がどの程度可能であるのかをSwift衛星のデータを使って予想してみた。まず過去19年分のSwiftで観測されたガンマ線バーストのデータからX線残光が検出されたデータを抜き出し、その11時間後のフラックスを調べた。そして、個々のガンマ線バーストのライトカーブのデータを使って爆発後5時間ではどの程度のフラックスになるかを割り出し、さらに爆発後5時間後から30ksecの観測を行った場合、どの程度のX線を検出できるかを見積もった。このデータをIXPE衛星のシミュレーターであるixpeobssimに入力し、個々のGRBに対してどの程度のMDPが得られるのかを計算した。その結果、MDPが30%以下になるGRBが2年間に1発程度存在する事を突き止めた。以上から2年間の運用期間の間に1度程度は、偏光観測のチャンスが訪れる事が分かった。
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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
コロナ禍の影響で打ち上げが半年遅れたが、それ以降は研究は順調に推移しており、現在は2021年の11月に打ち上げが行われる予定である。そのため、おおむね順調に進展しているを選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ガンマ線バースト(GRB)の残光X線の偏光測定を行うには、それなりの強度のガンマ線バーストでなくては不可能である。この様なGRBの起こる頻度は2年間に1度程度という事は分かったが、そのようなガンマ線バーストをどのようにして発生直後に見つけるかが問題となる。Swift衛星から送られてくる個々のガンマ線バーストのNoticeの情報を使って、観測するかどうかを判断する事になるが、どのようなクライテリアに適合するGRBであれば、観測する価値があるのかを理解する必要がある。そこで、今後はこのクライテリアを決める作業が必要となる。現時点ではSwift衛星に搭載されているBAT検出器のピークカウント数とXRT検出器が捉えたX線フラックスがクライテリアを決めるための重要なパラメーターになる事が分かっている。そこで、この2つの値がどの程度であれば観測する価値があるのか、またそれ以外のGRBのパラメーターが観測判断に役立たないかを今後調べていく事になる。
また以上のガンマ線バーストの研究と並行して、ブラックホールの降着円盤から放射されるX線の偏光からブラックホールのスピンを決める研究も2021年度以降の課題となる。この研究を完成するには、シミュレーションプログラムの中にリターニング効果を入れなくてはいけないのと、理論モデルをシミュレーターに入れて、実際の観測をシミュレートする必要がある。そのため、この2つを2021年度以降に主に行っていく予定である。
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