超新星残骸に於ける磁場増幅機構の解明とそのガンマ線バースト放射機構への応用

• Project/Area Number: 10J03369
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 井上 剛志 国立天文台, 理工学部, 助教
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2010: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 超新星残骸 / 粒子加速 / 磁気流体力学 / 乱流ダイナモ / 相対論的衝撃波 / ガンマ線バースト

Research Abstract

星間雲を内包した一般的な星間媒質から形成される超新星残骸(SNR)の性質について研究を行った。より具体的には熱的不安定性と呼ばれる一種の相転移によって現質的星間雲を形成し、その後に衝撃波を投入したときの系の進化を大規模な3次元磁気流体力学シミュレーションによって調べた。その結果、衝撃波と高密度な星間雲の相互作用によりSNR内部に乱流が生成され、乱流に伴うダイナモ効果によって磁場が強く増幅されることが明らかとなった。この磁場増幅はSNRを起源とする宇宙線加速にとって非常に重要な役割を果たしていると考えられる。また、シミュレーションの結果から期待されるSNRの観測的特徴を解析した所、最近のガンマ線宇宙望遠鏡Fermiが明らかにした星間雲と相互作用するSNRのガンマ線スペクトルを本研究のシミュレーションは非常に良く再現し、その起源が衝撃波と高密度雲の相互作用時に形成される反射衝撃波であることが明らかとなった。同様に衝撃波の速度が光速に近い場合について相対論的磁気流体力学シミュレーションを行い、宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストで必要とされる未解明の磁場増幅現象がSNRの場合と同様の磁場増幅機構で説明可能であることを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] THREE-DIMENSIONAL SIMULATIONS OF MAGNETOHYDRODYNAMIC TURBULENCE BEHIND RELATIVISTIC SHOCK WAVES AND THEIR IMPLICATIONS FOR GRBs (2011)
  • Author(s): Tsuyoshi Inoue, Katsuaki Asano, Kunihito Ioka
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: (掲載決定印刷中,掲載決定印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TWO-STEP ACCELERATION MODEL OF COSMIC RAYS AT MIDDLE-AGED SUPERNOVA REMNANTS : UNIVERSALITY IN SECONDARY SHOCKS (2010)
  • Author(s): Tsuyoshi Inoue, Ryo Yamazaki, Shu-ichiro Inutsuka
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 723
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] STAR-FORMING DENSE CLOUD CORES IN THE TeV GAMMA-RAY SNR RX J1713.7-3946 (2010)
  • Author(s): H.Sano, J.Sato, H.Horachi, N.Moribe, H.Yamamoto, T.Hayakawa, K.Torii, A.Kawamura, T.Okuda, N.Mizuno, T.Onishi, H.Maezawa, T.Inoue, S.Inutsuka, T.Tanaka, H.Matsumoto, A.Mizuno, H.Ogawa, J.Stutzki, F.Bertoldi, S.Anderl, L.Bronfman, B.-C.Koo, M.G.Burton, A.O.Benz, Y.Fukui
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 724 Pages: 59-68
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 超新星残骸研究の新展開:SNRは本当に宇宙線陽子加速器なのか? (2011)
  • Author(s): 井上剛志、山崎了、犬塚修一郎
  • Organizer: 第23回理論懇シンポジウム「林忠四郎先生と天文学宇宙物理学」
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2011-12-20
• [Presentation] 分子雲コア形成機構とIMFの起源の解明に向けて (2011)
  • Author(s): 井上剛志
  • Organizer: 第6回星形成ワークショップ「Galactic Star Formation : From Clouds to Cores」
  • Place of Presentation: 国立天文台
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] 超新星残骸におけるRichtmyer-Meshkov Instabilityの役割 (2011)
  • Author(s): 井上剛志、山崎了、犬塚修一郎
  • Organizer: RMI研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2011-06-10
• [Presentation] 相対論的衝撃波における乱流磁場増幅とGRB放射への応用 (2011)
  • Author(s): 井上剛志、浅野勝晃、井岡邦仁
  • Organizer: ガンマ線バーストで読み解く太古の宇宙
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2011-02-09
• [Presentation] 相対論的衝撃波における乱流磁場増幅の3次元RMHDシミュレーション (2011)
  • Author(s): 井上剛志、浅野勝晃、井岡邦仁
  • Organizer: 国立天文台天文シミュレーションプロジェクトユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 国立天文台
  • Year and Date: 2011-01-12
• [Presentation] Fermi衛星が観測した超新星残骸における折れ曲がった宇宙線スペクトルの起源 (2010)
  • Author(s): 井上剛志、山崎了、犬塚修一郎
  • Organizer: 日本天文学会2010年秋季年会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2010-09-23
• [Remarks]
  • URL: http://www.phys.aoyama.ac.jp/~inouety/index.html