Investigation of Cosmic-ray Particle Acceleration Mechanism and Maximum Energy by Galactic X-ray Binary Jets

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K20386
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0204:Astronomy, earth and planetary science, and related fields
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: Haruka Sakemi 鹿児島大学, 理工学研究科, プロジェクト研究員 (40944848)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: 電波天文学 / 宇宙ジェット / 宇宙線

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to clarify the acceleration mechanism and possible acceleration energy of cosmic ray particles emitted from the jet of the X-ray binary SS433 based on the analysis of radio observation data. We observed the area around the SS433 jet with the Nobeyama 45-m radio telescope and found molecular clouds that are likely to interact with the jet. Comparison of these molecular clouds with the spatial distribution of TeV gamma-ray emissions indicates that the cosmic rays accelerated by the SS433 jet and originating from TeV gamma-rays are likely to be mainly electrons. It was also found that the interaction between the jet and the molecular cloud is likely to form magnetic turbulence, which efficiently accelerates the cosmic-ray electrons.

Free Research Field

電波天文学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、X線連星ジェットによる宇宙線加速機構が、一般的に考えられる衝撃波統計加速だけではない可能性を示した。このことは、X線連星ジェットだけではなく系外のAGNジェットでも起こっていると考えられる。AGNジェットは観測されている最高エネルギー宇宙線の加速源の候補でもあるが、遠方に存在するためその詳細を観測的に調査することが困難であった。比較的近傍に存在し、その詳細構造が観測されているX線連星ジェットから本研究で得られた知見は、将来的にはAGNジェットにも拡張され、広エネルギー帯域にわたる宇宙線の加速機構の網羅的な理解において重要な役割を果たすと考えられる。