2020 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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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 宇宙線 / 超新星残骸 / 粒子加速 / X線天文 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の観測的・理論的研究の進展により、宇宙線が衝撃波統計加速機構によって超新星残骸で加速されているという描像が確立しつつある。加速された粒子の存在や、その情報は、粒子が放射する電波、X線、ガンマ線などの電磁波放射の観測によって調べられてきた。しかしながら、これまでの観測はエネルギーの高い相対論的粒子からの放射に限られていた。本研究では、より低いエネルギーを持つ準相対論的粒子からの放射成分を検出し、それを用いて、個々の超新星残骸が加速する宇宙線の総量や、粒子が衝撃波統計加速に注入される過程を明らかにしようとするものである。本年は、準相対論的粒子が周囲のガス中の鉄原子を電離することで生ずる6.4 keVの中性鉄輝線に関するモデルを論文として発表した。このモデルは、被加速粒子に重い原子核が含まれる際に起こる多重電離の効果を計算し、特有な輝線構造を再現するものである。モデルの構築の大部分は、昨年度中にほぼ完了していたが、本年度は、これを論文として仕上げて投稿し、受理され、発表するに至った。準相対論的粒子が放つもう一つの放射成分である非熱的制動放射についても、前年度に確立したバックグランド評価方法を適用して、NuSTAR衛星のデータ解析を進めた。特に超新星残骸W28およびW44のデータ解析を行い、論文としてまとめる目処をつけた。さらに、これらのデータ解析を通じて、超新星残骸の熱的プラズマ放射や相対論的電子からのシンクロトロン放射についても成果を得ることができたので、これらを論文としてまとめ発表した。
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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
もともとの目的であった鉄輝線放射のモデル化や非熱的制動放射の探査については、計画通り研究を進め、その一部は論文として発表することができた。また、構築した鉄輝線のモデルは、今後のXRISM衛星の観測計画立案や観測成果の予測に用いることができるので、今後の発展も期待できる。非熱的制動放射の検出を目指したNuSTAR衛星のデータ解析については、本年度内には、論文として発表するには至らなかったが、結果はまとまりつつあり、目処は得られている。また、これらのデータ解析を通じて、当初は予測していなかった副次的な成果も次々と生まれており、既に波及効果が得られつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
論文として発表した中性鉄輝線のモデルの精度を高める。また、モデルに含めていない放射性電子捕獲の効果について研究を進めて、モデルに組み込む。改良したモデルを用いて、XRISM衛星や、さらに先のAthena衛星で得られるであろう成果を定量的に見積もり、その結果を論文としてまとめる。並行して、既存のX線天文衛星のデータ解析を進めて、中性鉄輝線の検出、あるいは上限値の導出を進める。非熱的制動放射については、W44とW28の2つの超新星残骸のデータ解析を引き続き進めて、これを論文としてまとめる。中性鉄輝線と非熱的制動放射に関する結果と、フェルミ衛星などガンマ線観測の結果を合わせて、超新星残骸で加速されている宇宙線の総量の見積もりや、放射粒子の特定 (陽子か電子か) を進める。
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