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中性子星連星の合体前電磁波対応天体に関する理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 20J13806
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
研究機関京都大学

研究代表者

和田 知己  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2021年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード高速電波バースト / 周期的高速電波バースト / マグネターフレア / 中性子星 / マグネター / Fast Radio Burst / 重力波 / 連星中性子星合体 / パルサー磁気圏
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は合体直前の磁場の強さを明らかにした上で、合体前電磁波対応天体の観測可能性を評価することである。
中性子星やブラックホールのようなコンパクト連星合体の直前には星の公転速度は光速の数十%程度になる。この領域では電磁場の多重極展開の高次の項と一般相対論的な補正が電磁波放射の光度を増大する可能性があるため、それらの効果を含めて電磁波放射の光度を評価する。
また合体前の電磁波対応天体の光度には中性子星の持つ磁場の大きさが重要になる。単独の中性子星の磁場の観測を元に、連星合体直前の中性子星の磁場を評価し、それも含めて合体前電磁波対応天体の観測可能性を評価する。

研究実績の概要

最終年度は, まず高速電波バーストの周期的活動性に関する研究発表を行った。高速電波バーストの周期性を説明するbinary comb modelについて、昨年度から引き続き研究を行った。その結果、FRB 20121102Aと呼ばれる周期的な高速電波バーストの周期を説明するには、大質量星と中性子星の連星よりも、大質量、もしくは中間質量ブラックホールと中性子星の連星の方が、許されるパラメータ空間が広いことがわかった。
次にマグネターフレアのファイアボールモデルに関する研究も行った。2020年に観測されたマグネターフレアに伴う高速電波バースト、FRB 20200428Aは高速電波バーストの一部がマグネターから発生していることを強く示唆している。高速電波バーストとマグネターフレアが同時に観測されるには、生成された高速電波バーストがマグネターフレア中を減衰せずに伝搬する必要がある。この伝搬過程を明らかにするために、まずはマグネターフレアのファイアボールモデルについて研究をした。特に、マグネター表面でファイアボール導入されるバリオンの効果と、マグネターの磁場粒子の散乱弾面積を小さくする効果を考慮し、フレアの光度と運動エネルギーを導出した。その結果、以下の3点が主に明らかになった。(1)ファイアボール中のバリオンが多い場合にはバリオンの運動エネルギーがフレアのエネルギーと同程度になること、(2)磁場による散乱断面積の抑制が、バリオンの運動エネルギーを磁場がない場合に比べて小さくすること、(3)マグネターの大局的な磁場が、バリオンの運動エネルギーを小さくすること。このバリオンの運動エネルギーは高速電波バーストの伝搬に影響することが期待され、現在その影響を研究中である。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Binary comb models for FRB 1211022021

    • 著者名/発表者名
      T. Wada, K. Ioka and B. Zhang
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal,

      巻: 920 号: 1 ページ: 54-54

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac127a

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Analytic properties of the electromagnetic field of binary compact stars and electromagnetic precursors to gravitational waves2020

    • 著者名/発表者名
      Wada Tomoki、Shibata Masaru、Ioka Kunihito
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 10 ページ: 1-24

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa126

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 周期的高速電波バーストとBinary comb model2021

    • 著者名/発表者名
      和田知己
    • 学会等名
      第34回 理論懇シンポジウム「挑戦的アイデアで広げる宇宙物理の可能性」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 16pW1 FRB 121102と連星コムモデル2021

    • 著者名/発表者名
      和田知己 (京大基研), 井岡邦仁 (京大基研), Zhang Bing (UNLV)
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] W55a FRB 121102と連星コムモデル2021

    • 著者名/発表者名
      和田知己 (京大基研), 井岡邦仁 (京大基研), Zhang Bing (UNLV)
    • 学会等名
      日本天文学会 2021年秋季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高速電波バーストの連星モデルとFRB1211022021

    • 著者名/発表者名
      和田知己
    • 学会等名
      YITP workshop Extreme Outflows in Astrophysical Transients
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Binary comb models for FRB 1211022021

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Wada
    • 学会等名
      FRB 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Binary model for FRB1211022020

    • 著者名/発表者名
      T. Wada, K. Ioka, B. Zhang,
    • 学会等名
      YITP International Molecule-type Workshop Fast Radio Bursts: A Mystery Being Solved?
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] “W53a Binary model による FRB121102 の周期性の解釈2020

    • 著者名/発表者名
      和田, 井岡, Zhang
    • 学会等名
      日本天文学会 2021 年春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 12pW1-2 高速電波バーストの連星モデルと FRB121102 の解釈2020

    • 著者名/発表者名
      和田, 井岡, Zhang
    • 学会等名
      日本物 理学会  2021 年春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Binary comb model による FRB121102 の解釈2020

    • 著者名/発表者名
      和田, 井岡, Zhang
    • 学会等名
      第33回 理論懇シン ポジウム「理論天文学・宇宙物理学のブレイクスルー」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Binary comb model による FRB121102 の解釈2020

    • 著者名/発表者名
      和田, 井岡, Zhang,
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理 学研究会 2020,
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] コンパクト連星合体直前の電磁場の解析解と合体前電磁波対応天体2020

    • 著者名/発表者名
      和田, 柴田, 井岡
    • 学会等名
      星の錬金術から銀河考古学へ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 14pSL-3 コンパクト連星合体直前の電磁場と合体前電磁波対応天体2020

    • 著者名/発表者名
      和田, 柴田, 井岡
    • 学会等名
      日本物理学会  2020 年秋季大会,
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] W26a コンパクト連星合体直前の電磁場の解析解と合体前電磁波対応天体2020

    • 著者名/発表者名
      和田, 柴田, 井岡
    • 学会等名
      日本天文学会 2020 年秋季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 和田 知己のホームページ

    • URL

      https://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tomoki.wada/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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