４４Ｔｉの合成量に基づいた対称・非対称な重力崩壊型超新星爆発の元素合成の解明

• 研究課題/領域番号: 16J03448
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 佐藤 寿紀 首都大学東京, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2017年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2016年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: X線天文学 / 超新星残骸

研究実績の概要

本研究の目的は、重力崩壊型超新星の44Tiの合成量を調査することで、爆発モデルに伴う元 素合成過程を明らかにすることであり、その実現のために、実験・観測の両面から研究を行った。本年度の研究成果を以下の3つに分けて記す。
(I) 2016年に打ち上げられたひとみ衛星の軌道上キャリブレーションと観測研究を行った。ひとみ衛星に搭載された超精密X線分光システムは、Cassiopeia A内の44Tiが崩壊した後の44ScからのX線輝線検出が期待されていた。しかしながら、Cassiopeia A の観測前に運用停止となってしまったため、他の重力崩壊型超新星の残骸である、カニ星雲、G21.5-0.9、N132Dの観測研究を行った。カニ星雲では、爆発噴出物由来の熱的X線放射をこれまでにない精度で上限値を決める事に成功し、その爆発起源の推定を行った。N132Dに関しては、爆発噴出物の鉄が偏った方向に飛び交っている事を初めて示し、爆発の非対称性を議論する事が出来た。観測結果は、査読論文としてPASJから出版された。
(II) Cassiopeia A は重力崩壊型超新星であり、本研究の鍵を握る44Tiからの崩壊ガンマ線が硬X線観測で発見されている数少ないサンプルである。今年度私は、この天体内の衝撃波で加速された宇宙線電子からの非熱的放射に着目した研究を行った。本研究では逆行する衝撃波に着目し、通常の前進している順行衝撃波よりも、それらの衝撃波速度が早くなっていることを観測的に初めて明らかにした。この結果は、査読論文(主著)として、APJ誌に掲載された。
(III) Ia型超新星残骸ティコ、ケプラーの膨張速度をドップラー効果を用いる事で測定することに成功し、その三次元的な空間構造に迫る研究を行った。結果として、ティコとケプラーではそれぞれ対称、非対称な膨張であることがわかって来た。これらの研究内容は、それぞれ2本の査読論文(主著)として、APJ誌に掲載された。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] NASA/GSFC/Rutgers University(米国)
• [国際共同研究] Rutgers University/NASA/GSFC(米国)
• [雑誌論文] X-Ray Measurements of the Particle Acceleration Properties at Inward Shocks in Cassiopeia A (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Toshiki、Katsuda Satoru、Morii Mikio、Bamba Aya、Hughes John P.、Maeda Yoshitomo、Ishida Manabu、Fraschetti Federico
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 853 号: 1 ページ: 46-46
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On-ground calibration of the Hitomi Hard X-ray Telescopes (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori H.、Miyazawa T.、Awaki H.、Matsumoto H.、et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 号: 01 ページ: 011210-011210
  • DOI: 10.1117/1.jatis.4.1.011210
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In-flight verification of the calibration and performance of the ASTRO-H (Hitomi) Soft X-ray Spectrometer (2018)
  • 著者名/発表者名: Maurice A. Leutenegger et al. (including Toshiki Sato)
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4(2) 号: 02 ページ: 021407-021407
  • DOI: 10.1117/1.jatis.4.2.021407
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ground-based x-ray calibration of the Astro-H/Hitomi soft x-ray telescopes (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo Iizuka、Takayuki Hayashi、Yoshitomo Maeda、Manabu Ishida、Kazuki Tomikawa、Toshiki Sato、Naomichi Kikuchi、Takashi Okajima、Yang Soong、Peter J. Serlemitsos、Hideyuki Mori、Takanori Izumiya、Sari Minami
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4(1) 号: 01 ページ: 011213-011213
  • DOI: 10.1117/1.jatis.4.1.011213
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Freely Expanding Knots of X-Ray-emitting Ejecta in Kepler’s Supernova Remnant (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Toshiki、Hughes John P.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 845 号: 2 ページ: 167-167
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Ejecta Velocity Measurements of Tycho's Supernova Remnant (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Toshiki、Hughes John P.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 840 号: 2 ページ: 112-112
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6f60
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-year X-ray variations of Iron-K and Continuum Emissions in the Young Supernoca Remnant Cassioeia A (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Sato, Yoshitomo Maeda, Aya Bamba, Satoru Katsuda, Yutaka Ohira, Ryo Yamazaki, Kuniaki Masai, Hironori Matsumoto, Makoto Sawada, Yukikatsu Terada, John P. Hughes & Manabu Ishida
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 836 号: 2 ページ: 225-235
  • DOI: 10.3847/1538-4357/836/2/225
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Examining the angular resolution of the ASTRO-H's soft x-ray telescopes (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato, Toshiki et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 2 号: 4 ページ: 044001-044001
  • DOI: 10.1117/1.jatis.2.4.044001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The ASTRO-H SXT performance to the large off-set angles (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato, Toshiki et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9905 ページ: 99053X-99053X
  • DOI: 10.1117/12.2232175
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reflectivity around the gold M-edges of x-ray reflector of the Soft X-ray Telescope onboard ASTRO-H (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurashima, Sho et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9905 ページ: 99053Y-99053Y
  • DOI: 10.1117/12.2231173
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reflectivity around the gold L-edges of x-ray reflector of the soft x-ray telescope onboard ASTRO-H (2016)
  • 著者名/発表者名: Maeda, Y., Kikuchi, N., Kurashima, S., Ishida, M., Iizuka, R., Hayashi, T., Okajima, T., Matsumoto, H., Mitsuishi, I., Saji, S., Sato, T., Tachibana, S., Mori, H., Christensen, F., Brejnholt, N., Nitta, K., Uruga, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9905 ページ: 99053Z-99053Z
  • DOI: 10.1117/12.2232727
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] In-flight Calibration Status of the Soft X-ray Telescopes (SXTs) onboad the Hitomi Satellite (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Sato (on behalf of Hitomi’s SXT team)
  • 学会等名: 12th IACHEC meeting
  • 発表場所: アメリカ, オンタリオ
  • 年月日: 2017-03-27
  • 国際学会
• [学会発表] ひとみ」衛星 SXS 精密X線分光器によるG21.5-0.9の熱的プラズマ放射の探査 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤寿紀, 辻本匡弘、前田良知、森浩二、山口弘悦、馬場彩、他「ひとみ」コラボレーション
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] カシオペア A の逆行衝撃波の固有運動とスペクトル変動の調査 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤寿紀, 勝田哲、馬場彩、石田學、前田良知
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] ひとみ (ASTRO-H) 搭載軟X線望遠鏡の Crab 観測による軌道上での性能評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 倉嶋翔, 佐藤寿紀, 中庭望, 浅井龍太, 石田學, 前田良知, 飯塚亮, 上田周太朗, 岡島崇, 森英之, 林多佳由, 内田裕之、田中孝明、中嶋大、井上翔太、森浩二、信川正順
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 「ひとみ(ASTRO-H)」搭載軟X線望遠鏡(SXT)の軌道上での有効面積の評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中庭望, 佐藤寿紀, 倉嶋翔, 浅井龍太, 石田學, 前田良知, 飯塚亮, 上田周太朗, 内田裕之, 田中孝明, 中嶋大, 井上翔太, 森浩二), 信川正順, 岡島崇, 森英之, 林多佳由
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] X線観測によるケプラーの超新星残骸の明るい塊構造の三次元速度測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤寿紀, John P. Hughes
  • 学会等名: 日本天文学会 秋季年会
• [学会発表] Direct Ejecta Velocity Measurements of Tycho's Supernova Remnant (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Sato, John P. Hughes
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] The ASTRO-H SXT performance to the large off-set angles (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Sato, Ryo Iizuka, Hideyuki Mori, Takayuki Hayashi, Yoshitomo Maeda, Manabu Ishida, Naomichi Kikuch, Sho Kurashima, Nozomi Nakaniwa, Takashi Okajima, Yang Soong, Peter J. Serlemitosos
  • 学会等名: Space Telescopes and Instrumentation 2016: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 発表場所: イギリス, エディンバラ
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Reflectivity around the gold M-edges of x-ray reflector of the Soft X-ray Telescope onboard ASTRO-H (2016)
  • 著者名/発表者名: Sho Kurashima, Akihiro Furuzawa, Toshiki Sato, Naomichi Kikuchi, Nozomi Nakaniwa, Yoshitomo Maeda, Manabu Ishida, Ryo Iizuka, Takashi Okajima, Hideyuki Mori, Hironori Matsumoto, Keisuke Tamura, Kazunori Ishibashi, Takayuki Hayashi, Takuya Miyazawa, Masato Maejima, Shun Yoshikawa
  • 学会等名: Space Telescopes and Instrumentation 2016: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 発表場所: イギリス, エディンバラ
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Reflectivity around the gold L-edges of x-ray reflector of the soft x-ray telescope onboard ASTRO-H (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshitomo Maeda, Naomichi Kikuchi, Sho Kurashima, Manabu Ishida, Ryo Iizuka, Takayuki Hayashi, Takashi Okajima, Hironori Matsumoto, Ikuyuki Mitsuishi, Shigetaka Saji, Toshiki Sato, Sasagu Tachibana, Hideyuki Mori, Finn Christensen, Nicolai Brejnholt, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga
  • 学会等名: Space Telescopes and Instrumentation 2016: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 発表場所: イギリス, エディンバラ
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] A kinematic study of Tycho’s supernova remnant (2016)
  • 著者名/発表者名: John P. Hughes & Toshiki Sato
  • 学会等名: Supernova Remnants: An Odyssey in Space after Stellar Death
  • 発表場所: ギリシャ, クレタ
  • 年月日: 2016-06-06
  • 国際学会