| 研究課題/領域番号 |
19J11069
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分16010:天文学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
鈴木 寛大 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 超新星残骸 / 粒子加速 / 半導体CMOS検出器 / 宇宙線 / 検出器バックグラウンド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我々の銀河を満たす高エネルギー粒子線:銀河宇宙線の加速源として有力なのは超新星の残骸だ。私は、超新星残骸に閉じ込められ加速された粒子が、どのような条件・タイムスケールで逃亡し宇宙線となっていくのかを、逃亡粒子が放射するGeVガンマ線と加速現場であるプラズマが放つ熱的X線の観測を組み合わせた世界初の手法で解明する。
一方、次期X線衛星を用いて、超新星残骸プラズマの状態をモデリングの仮定に依存せず決定し、研究の精度を高めたい。そのために必須となる20 keV以下のX線の観測感度を現在の10倍に高めるべく、検出器バックグラウンドを低減するためのシリコン半導体検出器とシールドの最適な設計を決定する。
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| 研究実績の概要 |
銀河宇宙線の起源は発見から100年以上経過した現在でも不明であり、宇宙物理学の最大の問題の１つである。近年、超新星残骸の衝撃波が加速源として最有力候補となっているが、加速された粒子が加速現場から解放されて宇宙線になれるか、という重要な問題が未解決のままだ。私は加速粒子の情報を観測データから抽出可能なほぼ全てである38個の超新星残骸に対し、加速された粒子自身（ガンマ線観測から）と加速環境（X線観測から）の情報とを初めて組み合わせ、宇宙線の加速から銀河系への供給までの描像を初めて明らかにした。最も特筆すべきは、加速された宇宙線粒子が1万年から10万年かけて徐々に宇宙空間に解放されていくことを明らかにし、さらに従来の想定を覆す描像、すなわち加速環境ごとに供給される宇宙線の最高エネルギーが3桁も異なることを示した。これらは銀河進化の理解にまで大きな変更を迫る成果である。
この研究の過程では、距離やプラズマ体積の不定性のため現在まで不明であった超新星残骸の年齢推定の信頼性を初めて定量化することに成功した。私は信頼できる年齢推定が可能な系24個に着目し、うち年齢が2千年から40万年と広い範囲に分布する8個について、信頼できる年齢推定を初めて定量化した手法で行うことで、一般の系に用いられる年齢推定手法の較正を行った。結果、2種の年齢推定法とも、factor 4の範囲内で正しい年齢を示すことを明らかにした。この成果は超新星残骸や付随する中性子星のあらゆる研究に貢献する礎となると期待する。
上記の観測的研究と並行して、将来の宇宙X線観測に向けたX線半導体センサの研究も実施した。空乏層が500 umと厚いCMOSセンサを用い、実験室測定とGeant4をベースにしたシミュレーションにより、センサのX線応答を模擬した天体観測シミュレータの開発に成功した。これは将来の衛星設計時に主幹をなすであろう。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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