2021 Fiscal Year Research-status Report
超新星残骸X線データの新解析手法で迫る超新星親星・爆発機構の包括的研究
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19K03908
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
馬場 彩 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70392082)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超新星残骸 / 超新星爆発 / X線宇宙物理学 / 重元素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
星が死の際に爆発する「超新星爆発」は宇宙空間に重元素を供給し化学進化の主役を担う、宇宙の多様性の源である。また、Ia型超新星爆発は標準光源として宇宙論で広く用いられている。しかし、その爆発頻度や爆発機構は明らかではない。超新星残骸はその衝撃波が爆発噴出物を数千万度にまで温め、膨張によりドップラー偏移した特性X線を放射する。我々はドップラー偏移を利用し、爆発型を特定して宇宙化学進化の理解につなげる研究を続けている。
今年度は特に、若いIa型超新星残骸の代表であるTychoとKeplerについて、XMM-Newtonの撮像分光データを用いてドップラー偏移の空間分布解析を行った。その結果、Tychoでは星周物質と相互作用したときに見られる速度構造を発見した。Tychoからの星周物質の独立な発見であり、Tychoがsingle degenerate型の超新星残骸であることを示唆している。また、XRISMやAthenaといった将来衛星計画のデータでは3次元膨張構造がどの程度観測できるのか検討を始めている。また、対象を重力崩壊型超新星残骸や白色矮星にも広げ、より広範な超新星爆発の爆発機構について研究を進める予定である。今年度はパルサー星雲の放射機構にも注目し、若くenergeticなパルサー星雲では全て硬X線帯域に放射の折れ曲がりがあることを発見した。現在までのパルサー進化ではこの折れ曲がりはうまく説明できておらず、パルサーの個性がこの折れ曲がりを生み出していることを示唆した。これは、パルサー星雲の観測からも超新星爆発の多様性に迫れるかもしれない成果である。また、白色矮星白色矮星合体で出来る重く磁場の強い白色矮星は白色矮星パルサーになり非熱的X線で輝くというアイデアから、非熱的X線でこのような白色矮星を探索する観測提案をChandra衛星に提出した。
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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
本年度はTychoの超新星残骸・Kepler超新星残骸のXMM-Newton撮像分光データを用いて、爆発噴出物と星周物質を切り分けたドップラー偏移膨張測定を行った。Tychoの超新星残骸では、大局的には中心部でドップラー拡がりが大きく周辺部で小さい等方膨張の特長が見られたが、特に周辺部ではドップラー拡がりが全くない領域が発見された。これは等方膨張では説明できない特徴であり、星周物質によって最近衝撃波が減速されたと考えるのが自然である。Tychoの超新星残骸は白色矮星と白色矮星が合体したときに爆発するDouble degenerate型と考えられてきた。これは星周物質が検出されていないことからの類推であったが、この結果はこれを覆す結果になる可能性がある。
我々は重力崩壊型超新星爆発の多様性にも切り込むため、パルサー星雲の放射機構にも注目し、若くenergeticなパルサー星雲では全て硬X線帯域に放射の折れ曲がりがあることを発見した。現在までのパルサー進化ではこの折れ曲がりはうまく説明できておらず、パルサーの個性がこの折れ曲がりを生み出していることを示唆した。これは、パルサー星雲の観測からも超新星爆発の多様性に迫れるかもしれない成果である。また、白色矮星白色矮星合体で出来る重く磁場の強い白色矮星は白色矮星パルサーになり非熱的X線で輝くというアイデアの検証を始めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
a若い超新星残骸ではX線詳細画像・スペクトル複合解析で膨張の非等方性を明らかにできることが分かってきた。一方、これらの手法は大統計が必須であり、現状のデータではこれ以上サンプルを増やすことは難しいことも判明した。そこで、2022年度打ち上げ予定のXRISM衛星の超高エネルギー分解能、さらに2030年代打ち上げ予定のAthena衛星の大統計超高エネルギー分解能と同手法を組み合わせた解析の検討を行う。また、大質量星崩壊型超新星爆発の中で爆発エネルギーが有意に小さなものがあることが示唆されている。これについても様々な中性子星やパルサー星雲をもつ超新星残骸について系統的に調べ、爆発エネルギー・等方性の系統解析を行う予定である。さらに、パルサー星雲や白色矮星-白色矮星合体が起源であると考えられる白色矮星パルサーなどにも視野を広げ、星の終着点の多様性を探る。
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| Causes of Carryover |
本年はコロナ禍により予定していた海外での国際会議がオンライン開催となり、海外渡航費を使用しなかったため次年度への繰り越しが発生した。2022年度は国際学会も対面が増えてきており、また国内研究会も対面へと戻っていく機運が見られる。繰越額はこのような旅費に主に使用する予定である。
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