星間物質の精査によるガンマ線超新星残骸の探求

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24224005
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 福井 康雄 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30135298)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 早川 貴敬 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 研究員 (00413964) ; 奥田 武志 国立天文台, 大学共同利用機関等の部局等, 准教授 (10455199) ; 山本 宏昭 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70444396)
• Project Period (FY): 2012-05-31 – 2017-03-31
• Keywords: 電波天文学 / 超新星残骸 / 星間陽子 / ガンマ線

Outline of Annual Research Achievements

当該年度は，ガンマ線超新星残骸 (SNR) に付随する星間分子 (CO) の観測および精密定量を中心として研究を推進した．特に，前年度よりもひとつ励起状態の高いCO J=2-1輝線の観測体制を整え，各SNRに付随する星間分子の物理状態 (密度・温度) について解析を開始した．以下に具体的な研究実績を示す．
(1) NANTEN2電波望遠鏡にCO J=2-1輝線の観測システムをインストールし，NANTEN2の観測に適した13個のガンマ線SNRのうち7天体 (16平方度) の観測が完了した．さらに，大阪府立大学の1.85m鏡を用いて，北半球から観測可能な5天体 (28平方度) のCO J=2-1輝線観測を遂行した．このうちW44, IC443, RX J1713.7-3946, Vela Jr. についてはCO J=2-1/1-0輝線強度比を用いた解析を行い，4天体全てでSNR衝撃波と相互作用するガスの加熱を捉え，付随ガス成分の同定を確実にした．特に，RX J1713.7-3946やVela Jr.という若いSNRでこのような兆候が見えた前例は無く、ユニークな結果が得られた．
(2) 視直径30分角以下の天体 Cassiopeia AとW41について，NRO45m鏡を用いた高分解能CO J=1-0輝線観測を行った．Cassiopeia A については，ガスの膨張運動を捉えることに成功，相互作用するガス成分を初めて特定した．W41方向では高密度分子雲が見つかった．
(3) RXJ1713.7-3946においてX線が高密度分子雲の方向で増加していることを明らかにした．X線の明るさと分子雲の質量には正の相関があることを示し，SNR衝撃波と高密度分子雲の相互作用が，乱流と磁場を強めX線が増光するという描像 (衝撃波―星間ガス相互作用モデル) を提案した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

宇宙線陽子の起源解明において，ガンマ線SNRの周辺環境であるガス分布に着目した研究はこれまでに無く独創性を有する．今年度の観測も含めて，12の天体で付随ガス成分を特定できたことは，本研究方法の妥当性を示すと考えられる．さらにSNR衝撃波によるガスの加熱の証拠を若いSNRでも見出したことは，今後の付随ガス成分の確実な同定に繋がると期待される．
また，SNR衝撃波と高密度分子雲の相互作用が，磁場増幅を引き起こすとの示唆を得たことは重要な進展である．磁場強度が強い場合，シンクロトロンロスのために宇宙線電子起源のガンマ線は弱くなり，陽子起源のガンマ線が卓越すると考えられる．従って，X線と星間ガス分布の比較は，宇宙線陽子の起源とも密接に関係している．当該年度は「すざくX線天文衛星」を用いたガンマ線SNRの観測提案も2件受理されており，今後X線とガスの比較研究を発展させる準備がある．これらの成果を踏まえ，順調に研究が進展していると判断した．

Strategy for Future Research Activity

NANTEN2電波望遠鏡などを用いたCO J=2-1輝線観測により，SNR衝撃波と相互作用するガス成分の同定を，より精確に行うことができるようになった．一方で，CO J=2-1輝線観測が完了した天体は，リストアップしたガンマ線SNRのうち半分程度に留まっており、来年度以降観測を継続する必要がある．
さらに，付随する星間分子が特定されたSNRについては，星間水素原子 (HI) も含めた全星間陽子の定量を精確に行い，ガンマ線データとの比較を進める．RX J1713.7-3946やW44では，高温・低密度のHIを特別に定量する必要があった． また，RX J1713.7-3946で見出された，SNR衝撃波―星間ガス相互作用による磁場増幅を検証することは，(A) ガンマ線が宇宙線陽子・電子起源どちらかを切り分ける上で，さらに (B) 宇宙線の加速機構の理解する上で有効である．従って，他の天体でも同様の傾向が見えていないか調べると同時に，X線スペクトルの解析を含めたより詳しい研究が必須である．すでにRX J1713 .7-3946については，X線スペクトルのハード化が高密度分子雲方向で見えており，効率の良い宇宙線加速を示唆する．ガンマ線との比較と並行して，X線分布と星間ガスの比較を行うことが重要である．

Research Products

• [Journal Article] Unusually bright 12CO(3-2) condensations in the tidally perturbed Small Magellanic Cloud "tail" (2014)
  • Author(s): Muller, E., Mizuno, N., Minamidani, T., Kawamura, A., Chen, C.-H. R., Indebetouw, R., Enokiya, R., Fukui, Y., Gordon, K., Hayakawa, T., Mizuno, Y., Murai, M., Okuda, T., Onishi, T., Tachihara, K., Takekoshi, T., Yamamoto, H., Yoshiike, S.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 66 Pages: id.4 (9pp)
  • DOI: 10.1093/pasj/pst006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Jet and Arc Molecular Clouds toward Westerlund 2, RCW 49, and HESS J1023-575 12CO and 13CO (J = 2-1 and J = 1-0) observations with NANTEN2 and Mopra Telescope (2014)
  • Author(s): Furukawa, N., Ohama, A., Fukuda, T., Torii, K., Hayakawa, T., Sano, H., Okuda, T., Yamamoto, H., Moribe, N., Mizuno, A., Maezawa, H., Onishi, T., Kawamura, A., Mizuno, N., Dawson, J. R., Dame, T. M., Yonekura, Y., Aharonian, F., de Ona Wilhelmi, E., Rowell, G. P., Matsumoto, R., Asahina, Y., Fukui, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 781 Pages: id.70 (20pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/781/2/70
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Discovery of Possible Molecular Counterparts to the Infrared Double Helix Nebula in the Galactic Center (2014)
  • Author(s): Enokiya, R., Fukui, Y. et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 780 Pages: id.72 (19pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/780/1/72
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular Clouds toward the Super Star Cluster NGC 3603 Possible Evidence for a Cloud-Cloud Collision in Triggering the Cluster Formation (2014)
  • Author(s): Fukui, Y., Ohama, A., Hanaoka, N., Furukawa, N., Torii, K., Dawson, J. R., Mizuno, N., Hasegawa, K., Fukuda, T., Soga, S., Moribe, N., Kuroda, Y., Hayakawa, T., Kawamura, A., Kuwahara, T., Yamamoto, H., Okuda, T., Onishi, T., Maezawa, H., Mizuno, A.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 780 Pages: id.36 (13pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/780/1/36
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CO Component Estimation Based on the Independent Component Analysis (2014)
  • Author(s): Ichiki, K., Kaji, R., Yamamoto, H., Takeuchi, T. T., Fukui, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 780 Pages: id.13 (7pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/780/1/13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dense Gas Towards the RX J1713.7-3946 Supernova Remnant (2013)
  • Author(s): Maxted, N. I., Rowell, G. P., Dawson, B. R., Burton, M. G., Fukui, Y., Lazendic, J., Kawamura, A., Horachi, H.., Sano, H.., Walsh, A. J., Yoshiike, S., Fukuda, T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Australia Volume: 30 Pages: id.e055 (14pp)
  • DOI: 10.1017/pasa.2013.35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-thermal X-Rays and Interstellar Gas Toward the gamma-Ray Supernova Remnant RX J1713.7-3946: Evidence for X-Ray Enhancement around CO and H I Clumps (2013)
  • Author(s): Sano, H., Tanaka, T., Torii, K., Fukuda, T., Yoshiike, S., Sato, J., Horachi, H., Kuwahara, T., Hayakawa, T., Matsumoto, H., Inoue, T., Yamazaki, R., Inutsuka, S., Kawamura, A., Tachihara, K., Yamamoto, H., Okuda, T., Mizuno, N., Onishi, T., Mizuno, A., Fukui, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 778 Pages: id.59 (19pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/778/1/59
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Interstellar gas towards CTB 37A and the TeV gamma-ray source HESS J1714-385 (2013)
  • Author(s): Maxted, N. I., Rowell, G. P., Dawson, B. R., Burton, M. G., Fukui, Y., Walsh, A., Kawamura, A., Horachi, H., Sano, H., Yoshiike, S., Fukuda, T.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 434 Pages: 2188-2201
  • DOI: 10.1093/mnras/stt1159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of Massive Molecular Cloud Cores by Cloud-Cloud Collision (2013)
  • Author(s): Inoue, T., Fukui, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 774 Pages: id.L31 (5pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/774/2/L31
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of an Ultra-bright Submillimeter Galaxy behind the Small Magellanic Cloud (2013)
  • Author(s): Takekoshi, T., Fukui, Y. et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 774 Pages: id.L30 (6pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/774/2/L30
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The HERSCHEL Inventory of The Agents of Galaxy Evolution in the Magellanic Clouds, a Herschel Open Time Key Program (2013)
  • Author(s): Meixner, M., Fukui, Y. et al.
  • Journal Title: The Astronomical Journal Volume: 146 Pages: id.62 (35pp)
  • DOI: 10.1088/0004-6256/146/3/62
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Large-scale mapping of the massive star-forming region RCW38 in the [CII] and PAH emission (2013)
  • Author(s): Kaneda, H., Nakagawa, T., Ghosh, S. K., Ojha, D. K., Ishihara, D., Kondo, T., Ninan, J. P., Tanabe, M., Fukui, Y., Hattori, Y., Onaka, T., Torii, K., Yamagishi, M.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 556 Pages: id.A92 (9pp)
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201321614
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The First Hi-GAL Observations of the Outer Galaxy: A Look at Star Formation in the Third Galactic Quadrant in the Longitude Range 216.°5 <~ l <~ 225.°5 (2013)
  • Author(s): Elia, D., Molinari, S., Fukui, Y., Schisano, E., Olmi, L., Veneziani, M., Hayakawa, T., Pestalozzi, M., Schneider, N., Benedettini, M., di Giorgio, A. M., Ikhenaode, D., Mizuno, A., Onishi, T., Pezzuto, S., Piazzo, L., Polychroni, D., Rygl, K. L. J., Yamamoto, H., Maruccia, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 772 Pages: id.45 (20pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/772/1/45
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The thermal dust emission in N158-N159-N160 (LMC) star-forming complex mapped by Spitzer, Herschel and LABOCA (2013)
  • Author(s): Galametz, M., Hony, S., Galliano, F., Madden, S. C., Albrecht, M., Bot, C., Cormier, D., Engelbracht, C., Fukui, Y., Israel, F. P., Kawamura, A., Lebouteiller, V., Li, A., Meixner, M., Misselt, K., Montiel, E., Okumura, K., Panuzzo, P., Roman-Duval, J., Rubio, M., Sauvage, M., Seale, J. P., Sewilo, M., van Loon, J. Th.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 431 Pages: 1596-1617
  • DOI: 10.1093/mnras/stt280
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Neutral Interstellar Gas toward SNR W44: Candidates for Target Protons in Hadronic gamma-Ray Production in a Middle-aged Supernova Remnant (2013)
  • Author(s): Yoshiike, S., Fukuda, T., Sano, H., Ohama, A., Moribe, N., Torii, K., Hayakawa, T., Okuda, T., Yamamoto, H., Tajima, H., Mizuno, N., Nishimura, A., Kimura, K., Maezawa, H., Onishi, T., Mizuno, A., Ogawa, H., Giuliani, A., Koo, B.-C., Fukui, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 768 Pages: id.179 (10pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/768/2/179
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Molecular clouds and gamma-rays (2014)
  • Author(s): Fukui, Y.
  • Organizer: GAMMA 400 Workshop
  • Place of Presentation: IASF-ROMA
  • Year and Date: 2014-04-10 – 2014-04-13
  • Invited
• [Presentation] Mopra 電波望遠鏡によるガンマ線 SNR RX J1713.7-3946 の観測 (2014)
  • Author(s): 佐野栄俊，福田達哉，吉池智史，桑原利尚，鳥居和史，早川貴敬，山本宏昭，立原研悟，田中孝明，松本浩典，井上剛志，山崎了，犬塚修一郎，河村晶子，水野範和，大西利和，西村淳，水野亮，福井康雄，他NANTENチーム
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] Mopra 望遠鏡による超新星残骸 RX J1713.7-3946 の観測 (II) (2014)
  • Author(s): 佐野栄俊、福田達哉、吉池智史、長谷川敬亮、清水茂樹、榎谷玲依、桑原利尚、鳥居和史、早川貴敬、山本宏昭、立原研悟、犬塚修一郎、福井康雄、田中孝明、松本浩典、内山泰伸、井上剛志、山崎了、河村晶子、藤井浩介、水野範和、水野亮、西村淳、大西利和、他NANTENチーム
  • Organizer: 日本天文学会2014年春季年会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学
  • Year and Date: 2014-03-19 – 2014-03-22
• [Presentation] Observational evidence for cloud-cloud collisions (2014)
  • Author(s): 福井康雄
  • Organizer: The Impact of Galactic Structure on Star Formation
  • Place of Presentation: Hokkaido University, Japan
  • Year and Date: 2014-02-16 – 2014-02-21
  • Invited
• [Presentation] A new tool to measure dense HI gas based on the Planck dust properties: Evidence for massive HI envelopes surrounding CO clouds (2014)
  • Author(s): Fukui, Y.
  • Organizer: Workshop "Birth and death of high-mass stars: Lesson on newly explored phases of the interstellar medium”
  • Place of Presentation: Nagoya University, Japan
  • Year and Date: 2014-01-08 – 2014-01-11
  • Invited
• [Presentation] Interstellar Gas and High Energy Radiation toward the Gamma-Ray SNRs (2014)
  • Author(s): Sano, H., Fukui, Y., Yoshiike, S., Fukuda, T., Torii, K., Kuwahara, T., Hayakawa, T., Yamamoto, H., Tachihara, K., McClure-Griffiths, N. M., Rowell, G., Inoue, T., Yamazaki, R., Inutsuka, S-I., Tanaka, T., Kawamura, A., Mizuno, N., Onishi, T., Mizuno, A., and NANTEN Team
  • Organizer: Workshop "Birth and death of high-mass stars: Lesson on newly explored phases of the interstellar medium”
  • Place of Presentation: Nagoya University, Japan
  • Year and Date: 2014-01-08 – 2014-01-11
• [Presentation] Formation of super star clusters triggered by cloud-cloud collisions (2013)
  • Author(s): Astronomical Institute of the Academy of Science of the Czech Republic
  • Organizer: Gould Belt and Beyond
  • Place of Presentation: Astronomical Institute of the Academy of Science of the Czech Republic
  • Year and Date: 2013-09-25 – 2013-09-27
  • Invited
• [Presentation] 超新星残骸 RX J0852.0-4622 における星間ガスとX線放射 II (2013)
  • Author(s): 佐野栄俊, 福田達哉, 吉池智史, 佐藤淳基, 桑原利尚, 鳥居和史, 早川貴敬, 山本宏昭, 立原研悟, 田中孝明, 松本浩典, 井上剛志, 山崎了, 犬塚修一郎, 河村晶子, 水野範和, 大西利和, 西村淳, 水野亮, 内山泰伸, 福井康雄, 他NANTENチーム.
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知大学
  • Year and Date: 2013-09-20 – 2013-09-23
• [Presentation] Mopra 望遠鏡による超新星残骸 RX J1713.7-3946 の観測 (2013)
  • Author(s): 佐野栄俊, 福田達哉, 吉池智史, 長谷川敬亮, 清水茂樹, 榎谷玲依, 桑原利尚, 鳥居和史, 早川貴敬, 山本宏昭, 立原研悟, 犬塚修一郎, 福井康雄, 田中孝明, 松本浩典, 内山泰伸, 井上剛志, 山崎了, 河村晶子, 水野範和, 水野亮, 西村淳, 大西利和, 他NANTENチーム.
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2013-09-10 – 2013-09-12
• [Presentation] NANTEN2とSuzaku衛星による若いTeVガンマ線SNRの研究 (2013)
  • Author(s): 佐野栄俊, 福田達哉, 吉池智史, 鳥居和史, 早川貴敬, 山本宏昭, 立原研悟, 犬塚修一郎, 福井康雄, 田中孝明, 松本浩典, 内山泰伸, 井上剛志, 山崎了, 河村晶子, 水野範和, 水野亮, 西村淳, 大西利和, 他NANTENチーム.
  • Organizer: 特別推進研究研究会・宇宙線研究所共同利用研究会「高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2013」
  • Place of Presentation: 東京大学宇宙線研究所
  • Year and Date: 2013-09-03 – 2013-09-04
• [Presentation] ４個のTeVガンマ線SNRにおけるガンマ線の起源 (2013)
  • Author(s): 福井康雄
  • Organizer: 特別推進研究研究会・宇宙線研究所共同利用研究会「高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2013」
  • Place of Presentation: 東京大学宇宙線研究所
  • Year and Date: 2013-09-03 – 2013-09-04
• [Presentation] Mopra望遠鏡を用いたγ線超新星残骸の観測 (2013)
  • Author(s): 佐野栄俊, 福田達也, 吉池智史, 桑原利尚, 鳥居和史, 早川貴敬, 山本宏昭, 立原研悟, 犬塚修一郎, 松本浩典, 田中孝明, 内山泰伸, 井上剛志, 山崎了, 河村晶子, 水野範和, 水野亮, 西村淳, 大西利和, 福井康雄, 他 NANTEN チーム
  • Organizer: 第31回 NROユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 国立天文台野辺山宇宙電波観測所
  • Year and Date: 2013-07-24 – 2013-07-25
• [Presentation] Molecular clouds observations with NANTEN2-NASCO project and gamma-ray SNRs (2013)
  • Author(s): Yoshiike, S.
  • Organizer: 11th AGILE Science Workshop: "Gamma-rays and Galactic Cosmic Rays"
  • Place of Presentation: ASI Headquarters, Rome, Italy
  • Year and Date: 2013-05-16 – 2013-05-17