| 研究課題/領域番号 |
19K03904
|
|---|
| 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15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
|
|---|
| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
|---|
研究代表者 |
堂谷 忠靖 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30211410)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
|
|---|
| キーワード | X線連星 / 低質量X線連星系 / X線バースト / X線パルサー / 中性子星 / 状態方程式 / 低質量X線連星 / 核物質 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
重い星が一生の最後に超新星爆発を起こすと、そのあとに超高密度の星である中性子星が作られることがある。中性子星は、太陽と同程度の質量を持ちながら半径がわずか10km足らずしかなく、その中心部は地上では実現できない超高密度になっている。そのような超高密度の物質（核物質）がどのような振る舞いを示すのか、観測的に明らかにしようというのが本研究の目的である。それには、中性子星の質量と半径が核物質の性質に大きく依存することを利用し、逆に中性子星の質量と半径を観測から求めれば良い。本研究では、中性子星表面で核反応が爆発的に起きる現象、すなわちX線バーストの精密観測から、質量半径の計測を試みる。
|
| 研究実績の概要 |
本研究の主目的は、中性子星のX線観測からその質量と半径に制限を加え、核物質の状態方程式に関する情報を得ることである。特に、X線連星系で観測されるX 線バースト中のエネルギースペクトルに吸収線や吸収端などの構造を検出することで、中性子星表面での重力赤方偏移を推定することを目的とする。
今年度は、昨年度に引き続き低質量X線連星系EXO0748-676の解析を継続した。X線バーストのスペクトル解析の過程で、定常放射のX線スペクトルも光電離プラズマによる吸収の影響を強く受けていることが明らかになった。光電離プラズマによる吸収は、星間物質等の冷たい物質による吸収とはエネルギー依存性が全く異なるため、適切に考慮しないと定常放射のモデル化を間違えてしまう恐れがある。また、光電離プラズマによる吸収は、多数の吸収線を含むため、X線バーストに付随する吸収線と紛らわしい。そこで、強度変動によるスペクトル変化を詳細に調べることで、光電離プラズマの性質を明らかにした。この結果は国際会議で発表した。昨年度の解析で、EXO0748-676のバーストから検出が示唆されていた5.3 keVの吸収線については、光電離プラズマの影響を受けていないことを確認した。
並行して、X線バーストを用いるのとは別の方法、すなわちX線パルサーのスペクトル中に見られる鉄輝線を利用する方法についても、解析を進めた。この 解析では、鉄輝線の中心エネルギーを精度良く決めることが本質的に重要である。そこで、鉄輝線の特に強いX線パルサーGX301-2の「すざく」衛星によるアーカイブデータを用い、X線で明るい軌道位相を選んでパルス位相毎のスペクトル解析を進めている。この解析は、次年度に継続する予定にしている。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究課題については、終了を１年延長する予定である。したがって、進捗状況は「やや遅れている」とした。延長の主な理由は、XRISM衛星の初期データ解析も本研究の範囲に含めるためである。
現在までの進捗としては、当初の研究実施計画に従い、「すざく」衛星のアーカイブデータを用いて解析を進めてきた。これまで、７天体からのX線バーストについて解析を進めたが、今のところ統計的に有意な吸収構造は検出できていない。X線バーストのスペクトル中の吸収構造は稀な現象であるため、検出されなかったのは必ずしも驚きではない。調べたX線天体の一つ、EXO0748-676のスペクトル解析の過程で、定常放射においても光電離プラズマの影響が無視できないことが判明した。そこで、光電離プラズマの影響を詳細に調べ、X線バーストのスペクトル解析には影響しないことを確認した。
当初の研究実施計画では、「すざく」衛星の後に他衛星のデータ解析、特に有効面積と時間分解能に優れたNICERのデータ解析に進む予定であった。ところが、NICERによりIGR J17062-6143のX線バースト中に、中心エネルギー3.4 keVの吸収線が6.3σで検出されたという報告があった（Bult, P. et al. ApJ, 920, 59）。有意度の高い検出にも関わらず、吸収線が１本しか検出されなかったため、元素の同定が困難で、重力赤方偏移も推定できなかった。従来、バースト生成物として鉄近傍の元素を想定していたものの、中心エネルギーが低いことから必ずしも適切ではなかった可能性がある。
この状況を打開するには、エネルギー分解能が格段に優れた検出器を用い、微細な吸収線を含め、複数の吸収線を検出する必要がある。そのような望遠鏡を搭載したXRISM衛星が間も無く打ち上がる予定のため、その試験観測期間のデータ解析も、本研究の範囲に含めることにした。
|
| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究成果、および研究期間延長の理由を踏まえ、以下のように複数の解析を並行して進めていく。
ひとつは、当初の研究実施計画にしたがい、「すざく」衛星のアーカイブデータから、必ずしも既知ではないX線バースト天体からのバーストを探し、解析を行うことである。銀河中心やバルジ領域には、多数の暗い低質量X線連星が存在している。比較的暗い低質量X線連星は、頻度は低いものの規模の大きなバーストを起こすことが知られている。規模の大きなバーストは、エディントン限界光度に達しバースト生成物を撒き散らすので、吸収線が形成されやすくなると考えられる。そこで、銀河中心やバルジ領域の観測データを網羅的に調べ、見つかったバーストの解析を行う。
２つ目は、X線パルサーのスペクトル中に見られる鉄輝線を利用する方法である。パルス周期に伴う（降着円盤内縁からの）鉄輝線エネルギーの周期的変動を測定し、これをパルス周期変化率と組み合わせることで中性子星の質量半径に制限を加えることが可能になる。この方法については、「すざく」衛星によるアーカイブデータの中から、解析対象をX線パルサーGX301-2に絞り込んであり、すでに予備的な解析を進めている。今年度も解析を継続する予定である。
３つ目は、XRISM衛星の初期データ解析である。XRISM衛星には、従来のシリコン検出器に比べ約20倍もエネルギー分解能の高いマイクロカロリメータが搭載されている。今後数ヶ月内での打ち上げ予定であり、初期観測データの解析は十分行えると期待される。XRISM衛星を使えば、X線バースト中に複数の吸収線の検出が期待でき、元素同定の不定性を排除できるものと期待できる。
これらの解析から得られた成果については、順次学会および査読論文として発表していく。
|
