超新星残骸のＸ線および可視光観測で迫るIa型超新星の親星と最大光度の関係

• 研究課題/領域番号: 16K17673
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 埼玉大学 (2017-2018); 中央大学 (2016)
• 研究代表者: 勝田 哲 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50611034)
• 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: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 超新星残骸 / Ｘ線観測 / 可視光観測 / Ｘ線γ線天文学

研究成果の概要

「ASTRO-H(ひとみ)」衛星の早期運用停止を受け、当初予定していたIa超新星の研究計画から重力崩壊型超新星に関する研究に切り替えた。急な変更にも関わらず、以下に述べる通り、爆発元の親星の素性および爆発のメカニズムについて重要な知見を得ることに成功した。銀河系外のIIn型超新星のX線スペクトル解析から、親星が爆発直前に放出した恒星ガスの空間構造がトーラス状になっている可能性を指摘した。近傍の超新星残骸のX線観測からは、親星の質量分布が標準的なサルピーター分布と矛盾しないこと、及び、非対称爆発の反動で中性子星が蹴り飛ばされることを観測的に発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

重力崩壊型超新星爆発の親星の素性(質量や爆発直前の活動性)及び爆発メカニズムの解明は、現代天文学の中心的課題の一つである。本研究では、これらの問題に超新星とその残骸のX線観測から取り組んだ。その結果、親星が爆発直前に大量放出する星周ガスの空間構造を探る新しい手段を開拓したり、最近の研究でしばしば指摘される、爆発に成功する親星の質量上限値が確認できないことを示したり、非対称な爆発により中性子星が蹴り飛ばされていることを観測的に確立させ、それを基に近年有力視されている「ニュートリノ加熱モデル」の妥当性を裏付けるなど、多岐にわたる重要な研究成果を創出した。

研究成果

• [雑誌論文] High Forbidden-to-resonance Line Ratio of O vii Discovered from the Cygnus Loop (2019)
  • 著者名/発表者名: Uchida H.、Katsuda S.、Tsunemi H.、Mori K.、Gu L.、Cumbee R. S.、Petre R.、Tanaka T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 号: 2 ページ: 234-234
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf8a6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi (ASTRO-H) X-ray Astronomy Satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadayuki Takahashi, Yuto Ichinohe (73/270) et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 号: 02 ページ: 021402-021402
  • DOI: 10.1117/1.jatis.4.2.021402
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi X-ray observation of the pulsar wind nebula G21.5-0.9 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration、Aharonian Felix、...、Kohmura Takayoshi...、et al (他191名）
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 3 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1093/pasj/psy027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Vortical Amplification of the Magnetic Field at an Inward Shock of Supernova Remnant Cassiopeia A (2018)
  • 著者名/発表者名: Fraschetti F.、Katsuda S.、Sato T.、Jokipii J. R.、Giacalone J.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 25 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.251101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Concept of the X-ray Astronomy Recovery Mission (2018)
  • 著者名/発表者名: Tashiro, M., et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10699 ページ: 1069922-1069922
  • DOI: 10.1117/12.2309455
  • 国際共著
• [雑誌論文] Progenitor Mass Distribution of Core-collapse Supernova Remnants in Our Galaxy and Magellanic Clouds Based on Elemental Abundances (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda Satoru、Takiwaki Tomoya、Tominaga Nozomu、Moriya Takashi J.、Nakamura Ko
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 863 号: 2 ページ: 127-127
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aad2d8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of polarized gamma-ray emission from the Crab nebula with the Hitomi Soft Gamma-ray Detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi collaboration
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 6 ページ: 113-113
  • DOI: 10.1093/pasj/psy118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Polarized Balmer line emission from supernova remnant shock waves efficiently accelerating cosmic rays (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimoda, Jiro; Ohira, Yutaka; Yamazaki, Ryo; Laming, J. Martin; Katsuda, Satoru
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 473 号: 1 ページ: 1394-1406
  • DOI: 10.1093/mnras/stx2339
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Transition from Young to Middle-aged Supernova Remnants: Thermal and Nonthermal Aspects of SNR N132D (2018)
  • 著者名/発表者名: Bamba Aya、Ohira Yutaka、Yamazaki Ryo、Sawada Makoto、Terada Yukikatsu、Koyama Katsuji、Miller Eric D.、Yamaguchi Hiroya、Katsuda Satoru、Nobukawa Masayoshi、Nobukawa Kumiko K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 854 号: 1 ページ: 71-71
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa5a0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intermediate-mass Elements in Young Supernova Remnants Reveal Neutron Star Kicks by Asymmetric Explosions (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda Satoru、Morii Mikio、Janka Hans-Thomas、Wongwathanarat Annop、Nakamura Ko、Kotake Kei、Mori Koji、M?ller Ewald、Takiwaki Tomoya、Tanaka Masaomi、Tominaga Nozomu、Tsunemi Hiroshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 856 号: 1 ページ: 18-18
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aab092
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solar abundance ratios of the iron-peak elements in the Perseus cluster (2017)
  • 著者名/発表者名: Aharonian, F., Bamba, A. et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 551 号: 7681 ページ: 478-480
  • DOI: 10.1038/nature24301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the X-ray proper motion in the south-east rim of RX J1713.7-3946 (2017)
  • 著者名/発表者名: Acero, Fabio; Katsuda, Satoru; Ballet, Jean; Petre, Robert
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 597 ページ: A106-A106
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201629618
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Systematic Study of the Thermal and Nonthermal Emission in the Supernova Remnant RCW 86 with Suzaku (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsubone, M. Sawada, A. Bamba, S. Katsuda, J. Vink
  • 雑誌名: ApJ 巻: 835 号: 1 ページ: 34-34
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/1/34
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [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] Suzaku observations of the hard X-ray spectrum of Vela Jr. (SNR RX J0852.0-4622) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeda, S., Bamba, A., Terada, Y., Tashiro, M. S., Katsuda, S., Yamazaki, R.,Ohira, Y., Iwakiri, W.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 号: SP1
  • DOI: 10.1093/pasj/psw036
  • 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] The quiescent intracluster medium in the core of the Perseus cluster (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 535 号: 7610 ページ: 117-121
  • DOI: 10.1038/nature18627
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The ASTRO-H (Hitomi) x-ray astronomy satellite (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T. et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9905 ページ: 990510-11
  • DOI: 10.1117/12.2232379
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modeling the shock-cloud interaction in SN 1006: Unveiling the origin of nonthermal X-ray and γ-ray emission (2016)
  • 著者名/発表者名: Miceli, M.; Orlando, S.; Pereira, V.; Acero, F.; Katsuda, S.; Decourchelle, A.; Winkler, F. P.; Bonito, R.; Reale, F.; Peres, G.; Li, J.; Dubner, G.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 593 ページ: A26-A26
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201628725
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining the Age and Distance of the Galactic Supernova Remnant G156.2+5.7 by H-alpha Expansion Measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., Tanaka, M., Morokuma, T., Fesen, R., Milisavljevic, D.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 826 号: 2 ページ: 9-9
  • DOI: 10.3847/0004-637x/826/2/108
  • 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] Two Distinct-absorption X-Ray Components from Type IIn Supernovae: Evidence for Asphericity in the Circumstellar Medium (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., Maeda, K., Bamba, A., Terada, Y., Fukazawa, Y., Kawabata, K., Ohno, M.,Sugawara, Y., Tsuboi, Y.,Immler, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal, 巻: 832 号: 2 ページ: 194-194
  • DOI: 10.3847/0004-637x/832/2/194
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi Constraints on the 3.5 keV Line in the Perseus Galaxy Cluster (2016)
  • 著者名/発表者名: Aharonian, F. A., Akamatsu, H, Terada, Y. et al (Hitomi collaboration)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 837 号: 1 ページ: 15-23
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa61fa
  • 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] Suzaku study on the ejecta of the supernova remnant G272.2-3.2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamitsukasa, Fumiyoshi; Koyama, Katsuji; Nakajima, Hiroshi; Hayashida, Kiyoshi; Mori, Koji; Katsuda, Satoru; Uchida, Hiroyuki; Tsunemi, Hiroshi
  • 雑誌名: PASJ 巻: 67 号: SP1 ページ: 114-122
  • DOI: 10.1093/pasj/psv114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Probing Supernova Progenitors from Observations of Supernova Remnants (2019)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru
  • 学会等名: 10th DTA Symposium: Stellar deaths and their diversity
  • 招待講演
• [学会発表] X線天文衛星「すざく」による大規模太陽フレアループ中のプラズマ元素組成比の測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲ほか
  • 学会等名: 日本天文学会
• [学会発表] Observations of X-Ray Emission from Thin-Thermal Plasmas in Supernova Remnant (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru
  • 学会等名: Collaborative Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hα Polarization Measurements of Tycho’s Eastern Limb with the Subaru FOCAS (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., et al.
  • 学会等名: SKA Workshop “The Power of Faraday Tomography: towards 3D Mapping of Cosmic Magnetic Fields”
  • 国際学会
• [学会発表] Two Distinct-Absorption X-Ray Components from Type IIn Supernovae: Evidence for Asphericity in the Circumstellar Medium (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., et al.
  • 学会等名: XMM-Newton Workshop 2018 “Time-Domain Astronomy: A High Energy View”
  • 国際学会
• [学会発表] SNR View on SN Ia Progenitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S.
  • 学会等名: 15th Marcel Grossmann Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Subaru Observations of Hα Filaments of the Cygnus Loop and Tycho’s Supernova Remnants (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., et al.
  • 学会等名: 42nd COSPAR Scientific Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] Progenitor Mass Distribution of Core-Collapse Supernova Remnants in Our Galaxy and Magellanic Clouds (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., et al.
  • 学会等名: IWARA2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Establishing Charge Exchange X-Ray Emission from Supernova Remnants with Athena’s X-IFU (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., et al.
  • 学会等名: Exploring the Hot and Energetic Universe: The second scientific conference dedicated to the Athena X-ray observatory
  • 国際学会
• [学会発表] Progenitor Mass Distribution of Core-Collapse Supernova Remnants in Our Galaxy and Magellanic Clouds based on Elemental Abundances (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., et al.
  • 学会等名: Massive Stars and Supernovae 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Elemental Abundances for Huge Solar Flares Measured with Suzaku’s XIS (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., et al.
  • 学会等名: New eyes on X-ray astrophysical objects with Japanese and Chinese observatories
  • 国際学会
• [学会発表] Ｘ線天文衛星「すざく」の昼地球データを用いた超高層大気研究の新展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、森 浩二、田代 信、寺田幸功、佐藤浩介、森田佳恵、相楽ひかり、村上弘志、信川正順、常深博、林田清、松本弘典、中嶋大
  • 学会等名: 研究会X (広島大学)
• [学会発表] 超新星残骸のＸ線観測で明らかにした非対称爆発と反跳中性子星 (2018)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、森井幹雄、Hans-Thomas Jankaほか
  • 学会等名: 日本天文学会
• [学会発表] X線天文衛星「ひとみ」による超新星残骸N132Dの観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、Eric D. Miller, 山口弘悦、他
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Detection of Thermal X-Ray Emission and Proper Motions in RX J1713.7-3946 (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru; Acero, Fabio; Tominaga, Nozomu; et al.
  • 学会等名: IAU Symposium 331: SN1987A, 30 years later
  • 発表場所: レユニオン島(フランス海外県)
  • 年月日: 2017-02-20
  • 国際学会
• [学会発表] 超新星残骸における電荷交換反応の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲
  • 学会等名: 「自然科学における階層と全体」シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋ルーセントタワー
  • 年月日: 2017-02-14
  • 招待講演
• [学会発表] Two Distinct-Absorption X-Ray Components from Type IIn Supernovae: Evidence for Asphericity in the Circumstellar Medium (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru; Maeda, Keiichi; Bamba, Aya; et al.
  • 学会等名: Molecule 2017: "Transient Universe in the Big Survey Era: Understanding the Nature of Astrophysical Explosive Phenomena"
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2017-01-23
  • 国際学会
• [学会発表] High-Resolution H-alpha Spectroscopy of Balmer-Dominated Shocks in Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru; Maeda, Keiichi; Ohira, Yutaka; et al.
  • 学会等名: Subaru Users’ Meeting
  • 発表場所: 国立天文台
  • 年月日: 2017-01-10
  • 国際学会
• [学会発表] Probing Supernova Explosion Mechanisms through Observations of Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Katsuda
  • 学会等名: FOE2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A Review of Recent Observations of Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Katsuda
  • 学会等名: Frascati Workshop 2017 - Multifrequency Behaviour of High Energy Cosmic Sources -
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X-Ray Spectroscopy of Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Katsuda
  • 学会等名: 2017 Collaborative Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X-Ray Expansion Measurements of Supernova Remnants and Explosion Asymmetries anti-correlating with Neutron Star Kicks (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Katsuda
  • 学会等名: SNR Workshop 2017 (Nagoya University)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X-Ray Observations of Supernova Remnants Since 2005 (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Katsuda
  • 学会等名: SNR, XPD, and X-ray Astronomy: Looking Back and Forward Workshop in Celebration of Tsunemi-sensei
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Explosion Asymmetries Anti-Correlating with Neutron-Star Kicks in Young Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, S., Morii, M., Janka, H-T., et al.
  • 学会等名: The Progenitor-Supernova-Remnant Connection
  • 国際学会
• [学会発表] Measuring Cosmic-Ray Acceleration Efficiencies in Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Katsuda
  • 学会等名: The extreme Universe viewed in very-high-energy gamma rays 2017
  • 招待講演
• [学会発表] 超新星残骸の効率的な空間分離分光解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、森井幹雄、H.-T. Jankaほか
  • 学会等名: 天文学におけるデータ科学的方法
• [学会発表] 超新星残骸RX J1713.7-3946からの熱的Ｘ線放射の発見 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、Fabio Acero, 冨永 望ほか
  • 学会等名: 日本天文学会
• [学会発表] Hitomi Observations of Supernova Remnants N132D and G21.5-0.9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru and The Hitomi Collaboration
  • 学会等名: 7 years of MAXI
  • 発表場所: 理化学研究所
  • 年月日: 2016-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] Spatially-Resolved Spectroscopy of a Balmer-Dominated Shock in the Cygnus Loop: An Extremely Thin Cosmic-Ray Precursor? (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru; Maeda, Keiichi; Ohira, Yutaka; et al.
  • 学会等名: Panoramas of the Evolving Universe (The 6th Subaru International Conference)
  • 発表場所: 広島国際会館
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会
• [学会発表] 超新星残骸 RX J1713.7-3946及びRCW86のX線観測~熱放射の検出と固有運動の測定~ (2016)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、Fabio Acero, 山口弘悦、他
  • 学会等名: SNR workshop 2016 winter
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2016-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] 「KWFC」Hα測光観測による超新星残骸G156.2+5.7の膨張率測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、田中雅臣、諸隈智貴、Robert Fesen, & Dan Milisavljevic
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Soft and Hard X-Ray Components from Type IIn Supernovae: Evidence for Asphericity in the CSM (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru; Maeda, Keiichi; Bamba, Aya; et al.
  • 学会等名: Supernovae Through the Ages
  • 発表場所: イースター島(チリ)
  • 年月日: 2016-08-09
  • 国際学会
• [学会発表] X-Ray Spectroscopy of Supernova Remnants (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuda, Satoru
  • 学会等名: RIKEN-RESCEU Joint Seminar 2016
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2016-07-25
  • 国際学会
• [学会発表] 超新星残骸G156.2+5.7を縁取るHαフィラメントの固有運動測定~距離と年齢の新しい制限~ (2016)
  • 著者名/発表者名: 勝田 哲、田中雅臣、諸隈智貴、Robert Fesen, & Dan Milisavljevic
  • 学会等名: 木曽シュミットシンポジウム2016
  • 発表場所: 東京大学・木曽観測所
  • 年月日: 2016-07-05
• [図書] Handbook of Supernovae - Chapter 45 "Supernova of 1006" (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Katsuda
  • 総ページ数: 2727
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9783319218458