乱流粒子加速に基づく高エネルギー天体現象の新たな描像

• 研究課題/領域番号: 16K05291
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浅野 勝晃 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (80399279)
• 研究分担者: 寺木 悠人 旭川工業高等専門学校, 一般理数科, 講師 (40733093)
• 研究協力者: 林田 将明
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 粒子加速 / 乱流 / ガンマ線バースト / 活動銀河核ジェット / ブレーザー / パルサー星雲 / 非熱的放射 / プラズマ乱流 / 理論天文学

研究成果の概要

高エネルギー天体で生み出されている高エネルギー粒子は、衝撃波によって加速されているというのが従来の描像であった。しかし、我々は乱流による粒子加速モデルを提案し、これがブレーザーなどの観測されている天体の光子スペクトルを良く説明することを示した。観測に合う加速モデルは、加速時間がエネルギーに依存しない、Hard-sphere加速と呼ばれるものであることを明らかにした。さらに我々は乱流の中のテスト粒子の運動を追うことで、粒子加速シミュレーションを行い、Hard-sphere加速が実現することを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の衝撃波加速モデルでは、粒子のエネルギー分布をうまく説明できなかった。これに代わって近年活発に議論されている磁気再結合モデルは、強い磁場が要求される。しかし、観測は弱い磁場を示唆していた。我々の乱流モデルは、弱い磁場と高エネルギー粒子の分布を自然に両立させることに成功した。宇宙での粒子加速の描像を大きく変更するものである。このモデルを第一原理的なシミュレーションで実証したことも意義深い。

研究成果

• [国際共同研究] ペンシルバニア州立大学/ジョージワシントン大学(米国)
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: O. Adriani, Y. Akaike, K. Asano, et al.
  • 雑誌名: Accepted for Physical Review Letters 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultra-violet imaging of the night-time earth by EUSO-Balloon towards space-based ultra-high energy cosmic ray observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Abdellaoui G.、Abe S.、Adams J.H.、Ahriche A.、Allard D.、Allen L.、Alonso G.、Anchordoqui L.、Anzalone A.、Arai Y.、Asano K.、et al.
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 111 ページ: 54-71
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2018.10.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Particle Energy Diffusion in Linear Magnetohydrodynamic Waves (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuto Teraki, and Katsuaki Asano
  • 雑誌名: Accepted for The Astrophysical Journal 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hadronic Origin of Prompt High-energy Emission of Gamma-ray Bursts Revisited: In the Case of a Limited Maximum Proton Energy (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Kai、Liu Ruo-Yu、Dai Zi-Gao、Asano Katsuaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 857 号: 1 ページ: 24-24
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aab667
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Extended Measurement of the Cosmic-Ray Electron and Positron Spectrum from 11 GeV to 4.8 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2018)
  • 著者名/発表者名: Adriani O.、Mori M.、他89名（CALET collaboration）
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 26 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.261102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On-orbit Operations and Offline Data Processing of CALET onboard the ISS (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Asaoka, M. Mori et al.
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 100 ページ: 29-37
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2018.02.010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Blazar Spectra with Hard-sphere-like Acceleration of Electrons (2018)
  • 著者名/発表者名: Asano Katsuaki、Hayashida Masaaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 861 号: 1 ページ: 31-31
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aac82a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for GeV Gamma-Ray Counterparts of Gravitational Wave Events by CALET (2018)
  • 著者名/発表者名: Adriani O.、Mori M.、他89名（CALET collaboration）
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 863 号: 2 ページ: 160-160
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aad18f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characteristics and Performance of the CALorimetric Electron Telescope (CALET) Calorimeter for Gamma-Ray Observations (2018)
  • 著者名/発表者名: Cannady N.、Mori M.、他91名（CALET collaboration）
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 238 号: 1 ページ: 5-5
  • DOI: 10.3847/1538-4365/aad6a3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Late engine activity of GRB161017A revealed by early optical observations (2018)
  • 著者名/発表者名: Tachibana Yutaro , Arimoto Makoto , Asano Katsuaki , Harita Shohei , Fujiwara Taichi , Yoshii Taketoshi , Itoh Ryosuke , Murata Katsuhiro L , Yatsu Yoichi , Morita Kotaro , et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 5 ページ: 92-92
  • DOI: 10.1093/pasj/psy090
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] EUSO-TA - First results from a ground-based EUSO telescope (2018)
  • 著者名/発表者名: Abdellaoui G.、Kajino, T. et al.
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 102 ページ: 98-111
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2018.05.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Outflow and Emission Model of Pulsar Wind Nebulae with the Back Reaction of Particle Diffusion (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki Wataru、Asano Katsuaki、Kawaguchi Kyohei
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 867 号: 2 ページ: 141-141
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae389
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subsequent Nonthermal Emission Due to the Kilonova Ejecta in GW170817 (2018)
  • 著者名/発表者名: Asano Katsuaki、To Sho
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 852 号: 2 ページ: 105-105
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa3f5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadband Photon Spectrum and its Radial Profile of Pulsar Wind Nebulae (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki, W., S. J. Tanaka, K. Asano, and T. Terasawa
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 838 号: 2 ページ: 142-142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa679b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prospects for Cherenkov Telescope Array Observations of the Young Supernova Remnant RX J1713.7-3946 (2017)
  • 著者名/発表者名: Acero, F., Bamba, A. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 840 号: 2 ページ: 74-74
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6d67
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the Radio-emitting Particles of the Crab Nebula: Stochastic Acceleration Model (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Shuta J.、Asano Katsuaki
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 841 号: 2 ページ: 78-78
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6f13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temporal Evolution of the Gamma-ray Burst Afterglow Spectrum for an Observer: GeV?TeV Synchrotron Self-Compton Light Curve (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Takuma、To Sho、Asano Katsuaki、Fujita Yutaka
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 844 号: 2 ページ: 92-92
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa7b83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy Spectrum of Cosmic-ray Electron and Positron from 10 GeV to 3 TeV Observed with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2017)
  • 著者名/発表者名: Adriani O., Akaike Y., Asano K., et al.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 巻: 119 号: 18 ページ: 181101-181101
  • DOI: 10.1103/physrevlett.119.181101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long Gamma-Ray Burst Rate in the Binary Merger Progenitor Model (2017)
  • 著者名/発表者名: Kinugawa Tomoya、Asano Katsuaki
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 849 号: 2 ページ: L29-L29
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa95bb
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy calibration of CALET onboard the International Space Station (2017)
  • 著者名/発表者名: Y.Asaoka, Y.Akaike, S.Torii, M.Mori, H.M.Motz, S.Ozawa, Y.Shimizu, T.Tamura, T.Terasawa et al.
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 91 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2017.03.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] F. Acero, R. Aloisio, J. Amans, et al. (2017)
  • 著者名/発表者名: Prospects for CTA Observations of the Young SNR RX J1713.7--3946
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On the Radio Emitting Particles of the Crab Nebula: Stochastic Acceleration Model (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuta J. Tanaka and Katsuaki Asano
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electromagnetic Afterglows Associated with Gamma-Ray Emission Coincident with Binary Black Hole Merger Event GW150914 (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Yamazaki, Katsuaki Asano, and Yutaka Ohira
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2016 号: 5 ページ: 051E01-051E01
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw042
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Minute-timescale >100 MeV γ-Ray Variability during the Giant Outburst of Quasar 3C 279 Observed by Fermi-LAT in 2015 June (2016)
  • 著者名/発表者名: Ackermann, M.,Anantua, R.,,,Hayashida,M.,,,et al (Fermi-LAT Collaboration, alphabetical order)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 824 号: 2 ページ: L20-L20
  • DOI: 10.3847/2041-8205/824/2/l20
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrahigh-energy Cosmic Ray Production by Turbulence in Gamma-ray Burst Jets and Cosmogenic Neutrinos (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano and Peter Meszaros
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.023005
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CALET Upper Limits on X-Ray and Gamma-Ray Counterparts of GW151226 (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Adriani, Y. Akaike, K. Asano, Y. Asaoka, M. G. Bagliesi, G. Bigongiari, W. R. Binns, S. Bonechi, M. Bongi, P. Brogi, J. H. Buckley, N. Cannady, G. Castellini, C. Checchia, M. L. Cherry, G. Collazuol, V. Di Felice, K. Ebisawa, T. Sakamoto, H. Tomida, et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 829 号: 1 ページ: 20-24
  • DOI: 10.3847/2041-8205/829/1/l20
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric Field Screening with Backflow at Pulsar Polar Cap (2016)
  • 著者名/発表者名: Shota Kisaka, Katsuaki Asano, Toshio Terasawa
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 829 号: 1 ページ: 12-12
  • DOI: 10.3847/0004-637x/829/1/12
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Unified Model for GRB Prompt Emission from Optical to gamma-rays; Exploring GRBs as Standard Candles (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Guiriec, C. Kouveliotou, D. H. Hartmann, J. Granot, K. Asano, P. Meszaros, R. Gill, N. Gehrels, and J. McEnery
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 931 号: 1 ページ: L8-L8
  • DOI: 10.3847/2041-8205/831/1/l8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Wide-Band Spectra of Giant Radio Pulses from the Crab Pulsar (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Mikami, Katsuaki Asano, Shuta J. Tanaka, Shota Kisaka, Mamoru Sekido, Kazuhiro Takefuji, Hiroshi Takeuchi, Hiroaki Misawa, Fuminori Tsuchiya, Hajime Kita, Yoshinori Yonekura, Toshio Terasawa
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 832 号: 2 ページ: 212-212
  • DOI: 10.3847/0004-637x/832/2/212
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-energy Non-thermal and Thermal Emission from GRB141207A Detected by Fermi (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Arimoto, K. Asano, M. Ohno, P. Veres, M. Axelsson, E. Bissaldi, Y. Tachibana and N. Kawai
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 833 号: 2 ページ: 139-151
  • DOI: 10.3847/1538-4357/833/2/139
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Wave-Particle Interaction in Blazar (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano
  • 学会等名: Jet and Shock Breakouts in Cosmic Transients
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Broadband Modeling of Blazar Spectra with a Turbulent Acceleration Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano
  • 学会等名: Half a Century of Blazars and Beyond
  • 国際学会
• [学会発表] Hunting extreme blazars with the MAGIC telescopes (2018)
  • 著者名/発表者名: Elisa Prandini, Katsuaki Asano
  • 学会等名: Astrophysics and MAGIC Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 3C 279の巨大ガンマ線アウトバーストの電子・陽電子カスケードモデル (2018)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃、林田将明
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] Physics of the emission region of blazars (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano
  • 学会等名: AGN Jet Workshop 2018 "Dawn of a New Era for Black Hole Jets in Active Galaxies"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 乱流による粒子加速 (2018)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃
  • 学会等名: 研究会X@広島
  • 招待講演
• [学会発表] GW170817残光から探るOff-axis GRB説の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃、杜驍
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] ブレーザーにおけるHard Sphere的粒子加速の観測的傍証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃、林田将明
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] M87からの広帯域放射の解釈 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学研究会 2017
• [学会発表] MAGICのガンマ線観測に基づく電波銀河M87コアの多波長放射モデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃、Daniel Mazin、Elina Lindfors、Fabrizio Tavecchio、Julian Sitarek、 Elisa Prandini、窪秀利、増田周、西嶋恭司、櫛田淳子、辻本晋平、神本匠、手嶋政廣、 齋藤隆之、中嶋大輔、林田将明、Daniela Hadasch、井上進、高橋光成、永吉勤、深見哲志、 稲田知大、岩村由樹、折戸玲子 ほかMAGIC collaboration
  • 学会等名: 日本天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] GeV--TeV Lightcurve of GRB Afterglow (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano
  • 学会等名: 7th International Fermi Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction (2017)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃
  • 学会等名: 宇宙線研究所共同利用研究会「ガンマ線バースト研究の新機軸」
  • 招待講演
• [学会発表] Turbulence Acceleration Model for the Broad Band Blazar Spectra (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano
  • 学会等名: HAP Workshop: Monitoring the Non-Thermal Universe
  • 発表場所: Kulturzentrum Kapuzinerkloster, コッヘム, ドイツ
  • 年月日: 2016-12-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Accreting black holes as PeVatrons (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuto Teraki
  • 学会等名: International conference on shining from the heart of darkness: black hole accretion and jets
  • 発表場所: カトマンズ、ネパール
  • 年月日: 2016-10-16
  • 国際学会
• [学会発表] 乱流による最高エネルギー宇宙線生成とGZKニュートリノ (2016)
  • 著者名/発表者名: 浅野勝晃、Peter Meszaros
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] Slow UHECR Acceleration by Turbulence in Gamma-Ray Bursts (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano
  • 学会等名: Beyond a PeV: Particle Acceleration to Extreme Energies in Cosmic Sources
  • 発表場所: Institut d'Astrophysique de Paris, パリ, フランス
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 圧縮性MHD乱流中の粒子加速 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺木悠人、浅野勝晃
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Possible Roles of Turbulence in Gamma-Ray Burst Jets (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Asano
  • 学会等名: The 6th International Symposium on High-Energy Gamma-Ray Astronomy
  • 発表場所: Kongresshaus Stadthalle, ハイデルベルク, ドイツ
  • 年月日: 2016-07-11
  • 国際学会
• [学会発表] ブラックホール降着流におけるMHD乱流注の粒子加速 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺木悠人
  • 学会等名: Perspectives in Mathmatical Science 2016
  • 発表場所: 宮島コーラルホテル
  • 招待講演
• [図書] ガンマ線バースト (2019)
  • 著者名/発表者名: 河合誠之、浅野勝晃
  • 総ページ数: 304
  • 出版者: 日本評論社
  • ISBN: 9784535607446
• [備考] Publications
  • URL: http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/~asanok/publication.html
• [備考] 浅野勝晃 Publication
  • URL: http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/~asanok/publication.html
• [備考] 高エネルギー天体グループ Research
  • URL: http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/hea/research.html