マグネター級の強磁場中性子星を含む連星系の探査

• 研究課題/領域番号: 18K03694
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 牧島 一夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (20126163)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2021年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: マグネター / 中性子星 / 強磁場 / 連星系 / 宇宙Ｘ線 / 宇宙X線

研究成果の概要

本研究の目的は、宇宙Ｘ線の公開データの解析を通じ、マグネター級の超強磁場をもつ中性子星 (NS) を連星中に探査することである。研究遂行の結果、以下の３つの新しい成果を挙げ、目的を十分に達成した。(1)Ｘ線連星パルサーX PerseiのNSが、10の14乗を超える超強磁場をもつことを確認できた。(2) 代表的ガンマ線連星LS 5039のコンパクト天体がNSであることを示すとともに、それがマグネター級の超強磁場をもつことを明らかにした。(3) 孤立マグネターが磁気変形して自由歳差運動を行うという描像を強化し、特にマグネターSGR 1900+14からは３例目となる自由歳差運動を発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題は、以下の学術的な意義・波及効果をもつ。(1) マグネター級の双極子磁場をもつNSは連星中にも存在し、それらが特殊な天体ではないことを明かにした。(2) X Perseiと LS 5039で、連星運動から導かれたNSの質量は、典型的な1.4太陽質量よりやや大きく、2.0太陽質量程度である。これはNS内部での核物質の状態方程式にとって、新しい知見である。(3) LS 5039では、超磁場における粒子加速の結果、強いMeV帯のガンマ線が生成されることがわかった。(4)孤立マグネターの内部には、さらに強いトロイダル磁場が普遍的に潜むことを突き止めた。

研究成果

• [雑誌論文] A NuSTAR confirmation of the 36 ks hard X-ray pulse-phase modulation in the magnetar 1E 1547.0-5408 (2021)
  • 著者名/発表者名: Makishima K., Enoto T., Yoneda H., Odaka H.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 502 号: 2 ページ: 2266-2284
  • DOI: 10.1093/mnras/stab149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sign of Hard-X-Ray Pulsation from the γ-Ray Binary System LS 5039 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoneda H.、Makishima K.、Enoto T.、Khangulyan D.、Matsumoto T.、Takahashi T.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 号: 11 ページ: 125-125
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.111103
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] X-Ray Emission Evolution of the Galactic Ultraluminous X-Ray Pulsar Swift J0243.6+6124 during the 2017-2018 Outburst Observed by the MAXI GSC (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugizaki, M., Oeda, M., Kawai, N., Mihara, T., Makishima, K., and Nakajima, M.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 896 号: 2 ページ: 124-124
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab93c7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observations of Magnetic Deformation of Magnetars (2020)
  • 著者名/発表者名: Makishima, K.
  • 雑誌名: Proc. 14th Asia Pacific Physics Conference, AIP publisher 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] A NuSTAR study of the 55 ks hard X-ray pulse-phase modulation in the magnetar 4U 0142+61 (2018)
  • 著者名/発表者名: Makishima Kazuo、Murakami Hiroaki、Enoto Teruaki、Nakazawa Kazuhiro
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 1 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1093/pasj/psy129
  • 査読あり
• [雑誌論文] An application of the Ghosh & Lamb model to the accretion-powered X-ray pulsar X-Persei (2018)
  • 著者名/発表者名: Yatabe, F., Makishima, K., Mihara, T., Nakajima, M., Sugizaki, M., Kitamoto, S., Yoshida, Y., & Takagi, T.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 5
  • DOI: 10.1093/pasj/psy088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マグネター 1E 1547.0-5408 のパルス位相変調における強いエネルギー依存性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 牧島一夫, 榎戸輝揚, 米田浩基, 小高裕和
  • 学会等名: 日本天文学会2021年春季年会（オンライン）
• [学会発表] New Clues to the Hard X-ray Emission from Magnetars and Prospects for Their X-ray Polarimetric Observations (2021)
  • 著者名/発表者名: Makishima, K., Tamagawa, T., and Enoto, T.
  • 学会等名: The 43rd COSPAR Scientic Assembly (Online), Session E1.7
  • 国際学会
• [学会発表] ガンマ線連星 LS 5039 の9秒パルスの検証とマグネター仮説 (2020)
  • 著者名/発表者名: 牧島一夫, 米田浩基, 榎戸輝揚, Dmitry Khangulyan, 高橋忠幸, 松元崇弘
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会（オンライン）
• [学会発表] マグネター1E 1547.0-5408における 陽子サイクロトロン共鳴の徴候 (2020)
  • 著者名/発表者名: 牧島一夫
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理連絡会、春の研究会 (2020年３月３日、オンライン開催)
• [学会発表] マグネターSGR 1900+14 における硬Ｘ線パルスの位相変調の発見 (2019)
  • 著者名/発表者名: 牧島一夫、會澤優輝, 丹波翼, 榎戸輝揚
  • 学会等名: 日本天文学会 2019年秋の年会（熊本大学）、W30a
• [学会発表] Observations of Magnetic Deformation (2019)
  • 著者名/発表者名: Makishima, K.
  • 学会等名: 14th Asia Pacific Physics Conference, Kuching, Malaysia (Nov. 18, 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マグネター硬X線パルスの周期的な位相変調：三例目SGR1900+14からの発見 (2019)
  • 著者名/発表者名: 牧島一夫, 丹波翼, 榎戸輝揚
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春の年会、九州大学、16pK403
• [学会発表] X線衛星「すざく」とNuSTAR衛星を用いた、ガンマ線連星LS5039 からのパ ルス探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 米田浩基, 牧島一夫, 松元崇弘, 榎戸輝揚, 中澤知洋, 馬場彩, 高橋忠幸
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春の年会、法政大学、W04a
• [学会発表] Observational tests of accretion-driven spin-up/down process in X-ray binary pulsars with 7-year MAXI and Fermi/GBM data (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugizaki, M., Mihara, T., Nakajima, M., Makishima, K., Takagi, T., & Yatabe, F.
  • 学会等名: 42nd COSPAR Scientific Assembly. 14-22 July 2018, Pasadena, California, id. E1.10-3-18.
  • 国際学会
• [学会発表] Ghosh & Lamb 降着トルクモデルのX 線連星パルサーX Persei への適用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷田部史尭, 牧島一夫, 三原建弘, 杉崎睦, 高木利紘, 中島基樹
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春の年会、千葉大学、W120a