| 研究課題/領域番号 |
21K03635
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
磯部 直樹 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, 助教 (80360725)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 活動銀河核 / ジェット / 粒子加速 / 乱流 / 赤外線観測 / サブミリ波観測 / 活動銀河中心核 / 宇宙ジェット / ホットスポット / 磁気乱流 / 赤外線天文学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高エネルギー宇宙線の加速機構は現代宇宙物理学の重要な未解決問題である。活動銀河核から噴出するジェットが誘起する乱流は、一般的な衝撃波による粒子加速では説明できないハードなスペクトルを生み出す加速機構として、宇宙線加速の有力な候補の一つである。しかし、乱流粒子加速に関する観測的な証拠は、これまで見つかっていない。我々は、これまでの研究で、乱流粒子加速の観測的な証拠がサブミリ波・赤外線の帯域に現れる可能性を明らかにしてきた。そこで本研究では、系統的な遠・中間赤外線測光観測と超高空間分解能のサブミリ波偏光撮像観測の組み合わせという独自の手法で、ジェットにおける乱流粒子加速の証拠を探査する。
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| 研究実績の概要 |
活動銀河核から相対論的な速度で噴出するジェットは、宇宙最大の粒子加速器である。これまでの電波・X線による観測で、ジェットにおける粒子加速の標準的な描像として、衝撃波粒子加速が幅広く受け入れられている。一方で、ジェットや衝撃波は乱流を伴うことが知られている。このような乱流は、効率的な粒子加速機構として機能することが理論的に予言されているが、その観測的な証拠は得られていない。本研究では、乱流によって生じる粒子のスペクトルが衝撃波加速よりもハードな点に着目した。乱流で加速された粒子のシンクロトロン放射強度は、電波の帯域では衝撃波加速と比べて無視できるにもかかわらず、赤外線やサブミリ波の帯域においては支配的になる可能性があると考えた。そこで、これまでジェットの研究ではあまり活用されてこなかった、赤外線やサブミリ波の観測により乱流加速の証拠の探査を進めている。
本研究ではまず、電波銀河 Pictor A のジェット終端衝撃波である西側ホットスポットに着目した。Pictor A の西側ホットスポットの赤外線データを衝撃波加速による電波シンクロトロン放射の成分と比較したところ、赤外線データが超過していること発見した。そして、この天体の他波長スペクトルを詳細に解析し、この赤外線超過が乱流加速の証拠である可能性が高いことを示した。さらに、アルマ望遠鏡アタカマ・コンパクトアレイによる観測を実施し、Pictor A の西側ホットスポットからのサブミリ波放射の検出に成功した。アルマのサブミリ波データをこれまでの観測データと組み合わせることで、赤外線超過に対する乱流加速による解釈を、さらに補強することができた。この結果は、査読付き学術論文誌 "Astrophysical Journal" に受理され、出版された。また、この成果は、国際学会・国内学会において、幅広く報告した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
活動銀河核ジェットの研究にはこれまで活用されてこなかった赤外線を独自の視点で解析することで、少なくとも Pictor A 西ホットスポットについては赤外線超過が確固たるものとなった。その他波長スペクトルに、アルマ望遠鏡によるサブミリ波の観測データを付け加えることで、赤外線超過成分が乱流加速では説明できないようなハードなスペクトルを示すことが確実となった。この赤外線超過のハードなスペクトルは、乱流加速以外では説明できないことがほぼ確実となり、研究の目的が順調に達成されつつある。これらの結果は、国内外の研究会で口頭講演として採用されており、その重要性は明らかである。
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| 今後の研究の推進方策 |
Pictor Aの西ホットスポットで発見した乱流加速の証拠を手掛かりに、乱流加速の探査をより系統的に発展させる。まず、Pictor Aの西ホットスポットにおける乱流加速に対する決定打を得るために、サブミリ波・赤外線におけるサブ秒角スケールの撮像観測で、乱流加速の現場を特定する。そのために、アルマ望遠鏡やジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡による観測提案を行っていく。次に、ジェットにおける乱流加速の普遍性を確認するために、これまでに電波良く知られたホットスポットに対して、赤外線やサブミリ波観測を行い、超過成分の有無を系統的に調査する。
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