2019 Fiscal Year Annual Research Report
Measurement of Total Energy in Accelerated Particles and Solution to Injection Problem in Supernova Remnants
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19H01936
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田中 孝明 京都大学, 理学研究科, 助教 (20600406)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超新星残骸 / 宇宙線 / 粒子加速 / X線天文学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超新星残骸の衝撃波における粒子加速により生成された準相対論的粒子は、周囲の中性ガスに含まれる鉄原子をK殻電子を電離することで6.4 keVの中性鉄輝線を放射する。被加速粒子にヘリウムよりも重い原子核が含まれる場合は、クーロン場が大きいために、K殻電子に加えてL殻やM殻の電子も同時に電離する多重電離が起こるため、特有の複雑な輝線構造を作る。これまで天文学・宇宙物理学分野において、このような過程は見過ごされてきたが、XRISM衛星をはじめとする次世代X線天文衛星に搭載されるX線マイクロカロリメータのエネルギー分解能をもってすれば、この輝線構造を検出できる可能性がある。本年度は、地上ビーム実験によって得られているデータと、それに基づくスケーリング則や、電離断面積を用いることで、任意のエネルギーをもった任意の原子核が中性原子を電離する際に発生する輝線構造を予言するモデルを構築した。このモデルを、将来のX線天文衛星で得られる観測データに適用することで、超新星残骸で加速されている粒子に重イオンが含まれていることを証明することが可能となるだけでなく、粒子の組成に制限を加えることが可能となる。モデル計算の方法と、XRISM衛星で検出されるであろうスペクトル構造の予測を論文としてまとめた。超新星残骸で加速された準相対論的粒子は、中性ガス中で非熱的制動放射を出すことも期待できる。NuSTAR衛星を用いて、非熱的制動放射の探査も進めている。本年度は、特に、データ解析において鍵を握るバックグラウンドの評価方法の確立を行った。これによって、NuSTAR衛星のデータから信頼性の高い結果を創出することが可能となった。これらの研究を通じて得られた一連の成果をの論文として発表するとともに、国内外の学会・研究会で発表した。
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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
本研究では、超新星残骸で加速された準相対論的粒子が放射する中性鉄輝線と非熱的制動放射をプローブとして、宇宙線加速における未解明問題に取り組む。本年度では、中性鉄輝線については放射のモデル構築に、非熱的制動放射についてはNuSTAR衛星のバックグラウンド見積もりに取り組み、いずれも想定していた通りに進めることができた。これらは、次年度以降の研究の根幹となるものであり、本年度の成果により、今後も当初の計画通りに研究を進めていくことが可能となった。また、論文執筆や学会・研究会における発表も予想通りのペースで進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度中に構築した中性鉄輝線のモデルに基づいて、XRISM衛星で得られる成果をより詳細に見積もり、打ち上げ後の観測計画をたてる。被加速粒子が重イオンの場合、多重電離過程に加えて放射性電子捕獲と呼ばれる過程が、輝線構造をより複雑にすることも考えられるので、その効果を定量的に見積もる。必要があれば、その効果をモデルに取り込む。Suzaku衛星やXMM-Newton衛星の観測データの解析を進めて、中性鉄輝線の探査も進める。並行して、確立したNuSTAR衛星のバックグラウンド見積もり手法を、既に取得済みの観測データに適用することで、非熱的制動放射の探査を行う。
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Research Products
(7 results)
