2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of cosmic-ray acceleration and propagation processes in star-forming regions using high energy X rays and soft gamma rays
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26800160
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
林 克洋 名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (40713863)
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2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 宇宙線スペクトル / 水素原子ガス / 光学的厚さ / Fermi衛星 / Planck衛星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、星形成領域のX線やガンマ線観測から、宇宙線の加速/伝播についての観測的制限を目指した。「ひとみ」衛星の喪失により、X線や軟ガンマ線の観測データを用いた研究はできなかったが、Fermi衛星によるGeVガンマ線と、電波で測定された星間ガスの分布をと詳細に比較することで、ガスの柱密度を精密に測定し、宇宙線スペクトルにさらなる制限をかけることができた。
GeVガンマ線と電波の観測データの比較から星間ガスの量や分布に制限をかける研究は、従来も行われてきた。ただし、ガスの大半を占める水素原子ガスは光学的に薄いものと仮定され、その結果に基づいたガスの物理状態や、宇宙線密度などの議論しか行われてこなかった。しかしPlanck衛星の結果は、水素原子ガスの多くは光学的に厚く、飽和により見落とされている可能性を指摘した。そこで私は、昨年度の研究を継続して、星形成領域の一つであるカメレオン座分子雲領域に着目し、Planckによるダストの光学的厚さをベースに、トータルのガスの柱密度をモデル化して、ガンマ線との相関を調べた。その結果、ガスの柱密度がダストの光学的厚さのおよそ1/1.3乗のべき関数で表せることを見出し、原子ガスの柱密度が場所によって従来の1.3-1.5倍程度に大きくなる可能性を明らかにした。これは、原子/分子ガスの遷移帯域に分布した組成の不明な「ダークガス」を説明可能とするものである。一方でガンマ線解析による領域内の平均宇宙線スペクトルは、従来の解析方法によって得られてきたそれと系統誤差の範囲で一致した。この結果は、光学的に厚い水素原子ガスの存在を考慮した上でも、太陽系から数100パーセク内における宇宙線密度はおよそ一様であることを意味する。今後、他の領域の解析を通じて、太陽系近傍領域全体に渡った宇宙線スペクトルを測定し、それらに基づく宇宙線拡散過程の解明が期待される。
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