Ｘ線を用いた マグネターの研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Nuclear matter in neutron stars investigated by experiments and astronomical observations
• Project/Area Number: 25105507
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 牧島 一夫 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20126163)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: マグネター / 中性子星 / 宇宙Ｘ線 / すざく / トロイダル磁場 / 自由歳差運動

Research Abstract

本研の主要な目的は、Ｘ線衛星「すざく」などにより、マグネターと呼ばれる一群の中性子星を観測し、それらが真に超強磁場をもつことを実証することである。
今年度には、「すざく」で2007年と2009年に取得された、4U 0142+61 と呼ばれるマグネターのデータを解析した。その結果、周期8.69秒に現れる硬X線パルスが、2009年のデータでは周期 15時間で振幅 0.7秒の正弦波的な位相変調を受けていることを発見した。これは中性子星が完全な球対称からわずかにずれ、慣性能率に６万分の１だけ非等方性が現れたため自由歳差運動が生じ、かつ硬X線発生領域が中性子星の対称軸からやや移動したため、自由歳差運動に伴いパルスの位相変調が起きたものと解釈されたる。このような変形が起きるには、10の16乗ガウスに達する超強トロイダル磁場が内在している必要があり、この値は4U 0142+61の双極子磁場より２桁も強い。これはマグネターの内部にきわめて強いトロイダル磁場が存在することを支持する貴重な結果で、Physical Review Lettersに掲載が受理された。また2013年8月に追観測された4U 0142+61の「すざく」データを解析したところ、同じ15時間でのパルス位相変調を確認できた。
通常の磁場をもつ中性子星としては、Be型のトランジェントパルサー GRO J1008-57 からは約80 keVに、また低質量の主星をもつ 4U 1822-37 からは約33 keVに、電子サイクロトロン共鳴吸収を発見できた。
5.4時間という極めて長いパルス周期をもつＸ線共生星 4U 1954+315では、「すざく」の観測により、その磁場強度が10の13乗ガウスに達する可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究の開始時点では、4U 0142+61の自由歳差の兆候が、データ解析を通じてすでに得られていたものの、確定的ではなかった。それを確定させ、論文として出版することができた。これは世界で初めての結果であり、この種の天体のトロイダル磁場を定量的に推定する極めて貴重な手段となる。その方法の開発に成功した意義は大きい。

Strategy for Future Research Activity

2013年度の成果を受け、2014年度には以下の方針で研究を進める。
(1) 4U 0142+61の2013年の追観測データをより本格的に解析し、結果を論文にする。
(2) 「すざく」による他のマグネターのデータで、同様な自由歳差運動を探査する。
(3) これらの結果にもとづき、ASTRO-H による観測の見通しを検討する。

Research Products

• [Journal Article] Suzaku view of the neutron star in the dipping source 4U 1822-37 (2014)
  • Author(s): Sasano, M., Makishima, K., Sakurai, S., Zhang, Z.,and Enoto, T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 66 Pages: id. 35
  • DOI: 10.1093/pasj/psu002
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Possible Evidence for Free Precession of a Strongly Magnetized Neutron Star in the Magnetar 4U 0142+61 (2014)
  • Author(s): Makishima, K., Enoto, T., Hiraga, J.S., Nakano, T., Nakazawa, K., Sakurai , S., Sasano, M. and Murakami , H.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suzaku studies of luminosity-dependent changes in the low-mass X-ray binary Aquila X-1 (2014)
  • Author(s): Sakurai, S., Torii, S., Noda, H., Zhang, Z., Ono, K., Nakazawa, K., Makishima, K., Takahashi, H., Yamada, S., and Matsuoka, M.
  • Journal Title: Publications of Astronomical Society of Japan Volume: 66 Pages: id 10, p.1-11
  • DOI: 10.1093/pasj/pst010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Precursors and outbursts of A 0535+26 in 2009-2011 observed by the MAXI/GSC and the Swift/BAT (2014)
  • Author(s): Nakajima, M., Mihara, T., Sugizaki, M., Serino, M., Matsuoka, M., Kawai, N., and Makishima, K.
  • Journal Title: Publications of Astronomical Society of Japan Volume: 99 Pages: 1d 9, p.1-9
  • DOI: 10.1093/pasj/pst002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Firm Detection of a Cyclotron Resonance Feature with Suzaku in the X-ray Spectrum of GRO J1008-57 during a Giant Outburst in 2012 (2014)
  • Author(s): Yamamoto,T., Mihara, T., Sugizaki, M., Nakajima, M., Makishima, K., and Sasano, M.
  • Journal Title: Publications of Astronomical Society of Japan Volume: 66 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectral and Timing Nature of the Symbiotic X-ray Binary 4U 1954+319: The Slowest Rotating Neutron Star in an X-ray Binary System (2014)
  • Author(s): Enoto, T., Sasano, M., Yamada, S., Tamagawa, T., Makishima, K., Pottschmidt, K., Marcu, D., Corbet, R. H. D., Fuerst, F. and Wilms, J.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 印刷中 Pages: 1-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suzaku Follow-Up Observation of the Activated Magnetar 1E 1547.0-5408 (2013)
  • Author(s): Iwahashi, T., Enoto, T., Yamada, S., Nishioka, H., Nakazawa, K., Tamagawa, T. and Makishima, K.
  • Journal Title: Publications of Astronomical Society of Japan Volume: 65 Pages: id 51, p.1-12
  • DOI: 10.1093/pasj/65.3.52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] From Sco X-1 to magnetars: Past, present, and future of X-ray studies of neutron stars (2013)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Journal Title: Memorie della Societa Astronomica Italiana Volume: 84 Pages: 547- 552
• [Presentation] 『すざく』で探るマグネター 4U 0142+61 における中性子星の自由歳差運動と磁気変形 (2014)
  • Author(s): 牧島一夫、榎戸輝揚、平賀 S. 純子、中野俊男、中澤知洋、櫻井壮希、笹野理
  • Organizer: 日本物理学会 春の年会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県）
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] Clues to the formation and evolution of magnetars from X-ray observations of the associated supernova remnants (2014)
  • Author(s): Nakano, T., Makishima, K., Enoto, T. and Uchiyama, H.:
  • Organizer: The Structure and Signals of Neutron Stars, from Birth to Death
  • Place of Presentation: Firenze (Italy)
  • Year and Date: 20140323-20140326
• [Presentation] Possible Magnetic Deformation of Magnetars (2013)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Organizer: マグネター研究交流会
  • Place of Presentation: 理研和光キャンバス (埼玉県)
  • Year and Date: 20131213-20131213
• [Presentation] Some Novel Results from Recent X-ray Observations (2013)
  • Author(s): Makishima, K.
  • Organizer: Fujihara Seminar: X-raying the Gamma-Ray Universe -- CTA-X-ray LINK Meeting --
  • Place of Presentation: 箱根湯本（神奈川県）
  • Year and Date: 20131104-20131106
  • Invited
• [Presentation] Suzaku Studies of the Supernova Remnant CTB109 and its Central Magnetar 1E 2259+586 (2013)
  • Author(s): Nakano, T. and Makishima, K.:
  • Organizer: The Fast and the Furious: Energetic Phenomena in Isolated Neutron Stars, Pulsar Wind Nebulae and Supernova Remnants
  • Place of Presentation: Madrid (Spain)
  • Year and Date: 20130522-20130524
• [Presentation] Suzaku View of Recent Magnetar and Magnetar-related Objects (2013)
  • Author(s): Enoto,T., Makishima,K., Shibata,S., Nakagawa,Y. and Sakamoto, T.:
  • Organizer: The Fast and the Furious: Energetic Phenomena in Isolated Neutron Stars, Pulsar Wind Nebulae and Supernova Remnants
  • Place of Presentation: Madrid (Spain)
  • Year and Date: 20130522-20130524