2022 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)
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 | X線偏光 / IXPE / Cyg X-1 / Crab Nebula / Vela Pulsar Nebula / GRB 221009A / 4U 0142+61 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
IXPE衛星は世界で初めてX線領域で偏光撮像観測を可能にした衛星であり、2022年1月から科学観測が始まり、様々な天体に対して成果が出てきた。特に我々は、ブラックホール候補天体であるCyg X-1、マグネターである4U 0142+61、パルサーウインドネビュラであるCrab NebulaとVela Pulsar Nebula、そしてガンマ線バーストGRB221009Aの解析に大きく貢献した。Cyg X-1では4%という大きな偏光度が観測され、またエネルギーが上がるに従ってその偏光度も上がる傾向があることが分かった。またマグネターでは低エネルギー側と高エネルギー側で偏光方向が90度変化している事が観測された。これは高いX線が散乱を受けている兆候であり、マグネター表面の状態に関しての示唆を与えた。またCrab Nebulaの観測では、局所的には40%程度偏光している事が分かり、トーラスと呼ばれている部分に沿った偏光が観測された。一方Vela Pulsar Nebulaでは局所的には70%に達するような究極的な偏光度が観測された。これはシンクロトロン放射で達成できる偏光度の限界であり、究極的に磁場が揃っている事が分かったが、従来の乱流磁場の解釈と相容れず、新たな問題を提起した。最後にGRB221009Aでは、IXPEは爆発後2.5日後に観測を開始したが、プロンプトの成分とアフターグローの成分の両方の観測に成功した。これはたまたまこのガンマ線バーストが我々の銀河面すれすれで起こり、X線が散乱を受けて遅れて届くという現象が起こったためである。X線領域でのガンマ線バースト偏光観測は今まで行われていなかったため、有為な偏光検出はできなかったものの、ジェットの開き角やジェットと視線方向の角度などの情報を取得できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
我々は当初、GRS1915+105というブラックホール候補天体をIXPE衛星で観測し、ブラックホールのスピンの情報を得ることを計画していた。しかし、GRS1915+105のフラックスがIXPE衛星打ち上げ後弱くなってしまい、有為な観測が行えなかった。一方、Cyg X-1、4U 0142+61、Crab Nebula、Vela Pulsar Nebula、GRB221009A等の天体の解析に積極的に参加し、科学成果創出に大きく貢献した。以上にあげた5つの天体の主著者(Tier-1メンバー)に、本科研費のメンバーが入っており、Cyg X-1と4U 0142+61の成果はScience誌に掲載され、Vela Pulsar NebulaはNature誌に、Crab NebulaはNature Science誌に、GRB 221009AはAstrophysical Jpurnal Letters誌で発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本科研費は2023年度をもって終了となるため、今年がまとめの年となる。そのため今まで得られた研究成果を学会などで発表すると同時に、さらにIXPEで得られた成果を引き続き論文化していく。また本科研費の当初の目的であるGRS 1915+105の観測がまだ行われていない。現在フラックスが上がってきた段階で、急遽天体が観測できるようなスケジューリング(ToO)になっているため、条件が整い次第観測及び解析を行いたい。またGRS1915+105以外にもブラックホール候補天体をIXPEは幾つか観測しているが、これらからも限定的ではあるが、膠着円盤の性質に関して情報を得ることができると思われる。そのため、GRS1915+105以外のブラックホール候補天体の解析を今年度に行う予定である。
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