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中性子星の磁気圏物理から迫る Repeating FRB の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K22538
補助金の研究課題番号 22H01267 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分16010:天文学関連
研究機関広島大学

研究代表者

木坂 将大  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (10639107)

研究分担者 本間 希樹  国立天文台, 水沢VLBI観測所, 教授 (20332166)
榎戸 輝揚  京都大学, 理学研究科, 准教授 (20748123)
新納 悠  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50632163)
村田 泰宏  福井工業大学, 工学部, 教授 (70249936)
三澤 浩昭  東北大学, 理学研究科, 准教授 (90219618)
米倉 覚則  茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (90305665)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2025年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
キーワードパルサー / マグネター / 電波天文学 / 中性子星磁気圏 / 高速電波バースト
研究開始時の研究の概要

電波帯域でミリ秒だけ光る新しい突発天体、高速電波バースト(FRB)は観測研究が飛躍的に進んでいるものの、その起源は依然として未解明である。ただし、その中で繰り返しバーストするリピーターは、中性子星が有力な候補である。実際、我々の銀河系内の中性子星からも明るい電波バーストである巨大電波パルス(GRP)とマグネター電波バースト(MRB)が検出されている。系内の電波バーストはその距離の近さからFRBよリも得られる情報が圧倒的に多い。そこで本研究では、FRB、GRP、MRBに対する電波を主とする多波長観測と、中性子星磁気圏の数値シミュレーションにより、電波バースト発生機構とFRBの起源の解明を目指す。

研究実績の概要

高速電波バースト(FRB)の起源は依然として未解明である。本研究では、FRB、巨大電波パルス、マグネター電波バーストの長期電波観測とその比較研究によりこれら3つの関係の有無を明らかにし、また得られた観測的制限に基づいて中性子星磁気圏の数値シミュレーションを実行することで、中性子星磁気圏の物理の枠組みに基づいてFRBの起源の解明を目指す。
1. 国内研究会 ~中性子星の観測と理論~研究活性化ワークショップ 2023 を主催し、研究の議論を深めた。
2. 銀河系内の SGR 1935+2154 に対して、FRBの前後に中性子星のスピンアップグリッチが2回起きていることを発見し、Nature 論文として発表した。この成果はプレスリリースも発出した。
3. 日立 32-m 電波望遠鏡、飯舘電波望遠鏡でCrabパルサーなどの観測を行った。また観測ターゲットにVelaパルサーを加えた。これは日本からの電波観測が極めて限られていたが、日立、石垣、水沢の電波望遠鏡を用いて観測を実行できた。これにより、偏波などの較正観測に極めて有用であることを示した。
4. 臼田電波観測所において受信回路を改修し、周波数S帯, LHCP帯の2周波に対して2偏波の同時観測を可能にして検出エネルギーを決定できるようにした。また日立望遠鏡でも電波観測後速やかに分散遅延解析結果を得るためのGPUを用いたPCの導入準備を進めた。さらに大容量の可視光高速撮像データを効率的に解析するためのソフトウェア開発を行った。
5. 2次元プラズマ粒子シミュレーションを用いて、粒子生成領域をパラメータとして突発的な振る舞いに対してパルサー磁気圏の振る舞いにどのように影響するかを明らかにした。

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

飯舘電波望遠鏡の駆動系故障の復旧が遅れたため、多周波同時観測は遅れている。しかし、国内研究会 ~中性子星の観測と理論~研究活性化ワークショップ 2023を開催して本研究全体としての進展を確認したこと、臼田電波望遠鏡で2周波帯域で両偏波の観測が可能となったことで検出されたバーストのエネルギーを決定できるようになったこと、日立望遠鏡でも観測データの高速処理のためのGPU導入準備を進めたことで、当初予定していた観測体制はほぼ整った。

今後の研究の推進方策

引き続き電波、可視光、X線での観測を行う。特に2024年7月末見込みの飯舘電波望遠鏡修理完了後、Crabパルサーなどの多周波同時での長時間観測を行う。また、電波でのパルサー観測を京都大学などで学生実習として挑戦する活動を進める。可視光ではこれまでに取得した可視光高速撮像データの解析を進め、天体検出の有無を確認するとともに感度評価を進める。粒子シミュレーションでは空間3次元への拡張を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 10件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 5件、 招待講演 10件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] NASA/GSFC(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Huazhong Univ. of Science and Technology(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Zielona Gora(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] One-dimensional General Relativistic Particle-in-cell Simulations of Stellar-mass Black Hole Magnetospheres: A Semianalytic Model of Gamma-Rays from Gaps2024

    • 著者名/発表者名
      Kin Koki、Kisaka Shota、Toma Kenji、Kimura Shigeo S.、Levinson Amir
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 964 号: 1 ページ: 78-78

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad20cd

    • 関連する報告書
      2023 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] Efficiency of Nonthermal Pulsed Emission from Eight MeV Pulsars2024

    • 著者名/発表者名
      Takata J.、Wang H.-H.、Lin L. C.-C. 、 Kisaka S.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 965 号: 2 ページ: 126-126

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad3213

    • 関連する報告書
      2023 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] Similarity to earthquakes again: periodic radio pulses of the magnetar SGR 1935+2154 are accompanied by aftershocks like fast radio bursts2024

    • 著者名/発表者名
      Tsuzuki Yuya、Totani Tomonori、Hu Chin-Ping、Enoto Teruaki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 530 号: 2 ページ: 1885-1893

    • DOI

      10.1093/mnras/stae965

    • 関連する報告書
      2023 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] Rapid spin changes around a magnetar fast radio burst2024

    • 著者名/発表者名
      Hu Chin-Ping、Narita Takuto、Enoto Teruaki、Younes George、Wadiasingh Zorawar、Baring Matthew G.、Ho Wynn C. G.、Guillot Sebastien、Ray Paul S.、G?ver Tolga、Rajwade Kaustubh、Arzoumanian Zaven、Kouveliotou Chryssa、Harding Alice K.、Gendreau Keith C.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 626 号: 7999 ページ: 500-504

    • DOI

      10.1038/s41586-023-07012-5

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A NICER View on the 2020 Magnetar-like Outburst of PSR J1846-02582023

    • 著者名/発表者名
      Hu Chin-Ping、Kuiper Lucien、Harding Alice K.、Younes George、Blumer Harsha、Ho Wynn C. G.、Enoto Teruaki、Espinoza Cristobal M.、Gendreau Keith
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 952 号: 2 ページ: 120-120

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acd850

    • 関連する報告書
      2023 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] IXPE and XMM-Newton Observations of the Soft Gamma Repeater SGR 1806-202023

    • 著者名/発表者名
      Turolla Roberto、Taverna Roberto、Israel Gian Luca、Muleri Fabio、Enoto Teruaki et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 954 号: 1 ページ: 88-88

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aced05

    • 関連する報告書
      2023 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] The detection of polarized X-ray emission from the magnetar 1E 2259+5862023

    • 著者名/発表者名
      Heyl Jeremy、Taverna Roberto、Turolla Roberto、Israel Gian Luca、Enoto Teruaki et al.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 527 号: 4 ページ: 12219-12231

    • DOI

      10.1093/mnras/stad3680

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of a bright burst from the repeating fast radio burst 20201124A at 2GHz2023

    • 著者名/発表者名
      Ikebe Sota、Takefuji Kazuhiro、Terasawa Toshio、Eie Sujin、Akahori Takuya、Murata Yasuhiro、Hashimoto Tetsuya、Kisaka Shota、Honma Mareki、Yoshiura Shintaro、Suzuki Syunsaku、Oyama Tomoaki、Sekido Mamoru、Niinuma Kotaro、Takeuchi Hiroshi、Yonekura Yoshinori、Enoto Teruaki
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 75 号: 1 ページ: 199-207

    • DOI

      10.1093/pasj/psac101

    • 関連する報告書
      2022 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] Evolutionary Deformation toward the Elastic Limit by a Magnetic Field Confined in the Neutron-star Crust2023

    • 著者名/発表者名
      Kojima Yasufumi、Kisaka Shota、Fujisawa Kotaro
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 946 号: 2 ページ: 75-75

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acc06b

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetically confined mountains on accreting neutron stars with multipole magnetic fields2022

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Kotaro、Kisaka Shota、Kojima Yasufumi
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 516 号: 4 ページ: 5196-5208

    • DOI

      10.1093/mnras/stac2585

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strong toroidal magnetic fields sustained by the elastic crust in a neutron star2022

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Kotaro、Kojima Yasufumi、Kisaka Shota
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 519 号: 3 ページ: 3776-3784

    • DOI

      10.1093/mnras/stac3750

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 中性子星の磁気圏活動から探るFast Radio Burst2022

    • 著者名/発表者名
      榎戸輝揚, 木坂 将大, 寺澤敏夫
    • 雑誌名

      天文月報

      巻: 115(9) ページ: 574-584

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] X-Ray Burst and Persistent Emission Properties of the Magnetar SGR 1830-0645 in Outburst2022

    • 著者名/発表者名
      Younes George、Hu Chin-Ping、Bansal Karishma、Ray Paul S.、Pearlman Aaron B.、Kirsten Franz、Wadiasingh Zorawar、Gogus Ersin、Baring Matthew G.、Enoto Teruaki et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 924 号: 2 ページ: 136-136

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac3756

    • 関連する報告書
      2022 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] Pulse Peak Migration during the Outburst Decay of the Magnetar SGR 1830-0645: Crustal Motion and Magnetospheric Untwisting2022

    • 著者名/発表者名
      Younes George、Lander Samuel K、Baring Matthew G.、Enoto Teruaki、Kouveliotou Chryssa、Wadiasingh Zorawar、Ho Wynn C. G.、Harding Alice K.、Arzoumanian Zaven、Gendreau Keith、Guver Tolga、Hu Chin-Ping、Malacaria Christian、Ray Paul S.、Strohmayer Tod E.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 924 号: 2 ページ: L27-L27

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac4700

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] パルサー磁気圏のYポイント近傍の構造2024

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      2024年冬季「中性子星・超新星残骸及び関連天体」研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] パルサー磁気圏での粒子加速と粒子生成2024

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      名大ISEE共同研究集会「宇宙プラズマとレーザー生成プラズマにおける粒子加速・加熱に関する研究集会」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Global Particle Simulation of Pulsar Magnetospheres2024

    • 著者名/発表者名
      Shota Kisaka
    • 学会等名
      Polish - Japanese Workshop on Extreme Field and Plasma around Pulsar Magnetosphere
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 中性子星の宇宙観測の現状と今後2024

    • 著者名/発表者名
      榎戸輝揚
    • 学会等名
      宇宙プラズマとレーザー生成プラズマにおける粒子加速・加熱・研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 激変する宇宙をスクープするJEDIミッション(仮称)のサイエンス検討2024

    • 著者名/発表者名
      榎戸輝揚
    • 学会等名
      日本天文学会 2024春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] パルサー磁気圏の電流回路形成2023

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      高エネルギー天体現象に関するミニワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 高密度星磁気圏の数値シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      天体理論グループ10周年記念研究会: 杜の都における宇宙物理の10年
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Electric current circuit in pulsar magnetospheres2023

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      ~中性子星の観測と理論~ 研究活性化ワークショップ 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Pulsar theory vs observation2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Kisaka
    • 学会等名
      Pulsar mini workshop in Yamagata
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Global Particle Simulation of Pulsar Magnetospheres2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Kisaka
    • 学会等名
      Cosmic Plasma Revisited: New Landscape of High-Energy Astrophysical Bursts
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 6U-CubeSat X-ray Observatory NinjaSat2023

    • 著者名/発表者名
      榎戸輝揚
    • 学会等名
      ~中性子星の観測と理論~ 研究活性化ワークショップ 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Neutron Stars in the Multi-messenger Era (マルチメッセンジャーで探る中性子星)2023

    • 著者名/発表者名
      榎戸輝揚
    • 学会等名
      マルチメッセンジャー天文学の展開研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パルサー磁気圏のグローバル粒子シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      2023年冬季「中性子星・超新星残骸及び関連天体」研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] マグネターにおける磁場と弾性力2023

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X-ray and radio collaborations for studies of pulsars, magnetars, and fast radio bursts2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Enoto
    • 学会等名
      Black hole astrophysics with VLBI 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study for experimental verification of conditions of coherent radiation and stimulated emission for understanding of Fast Radio Bursts2022

    • 著者名/発表者名
      Shota Kisaka
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] パルサー・マグネターの磁気圏現象と中性子星内部構造2022

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      RCNP研究会「低エネルギー核物理と高エネルギー天文学で読み解く中性子星」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パルサー磁気圏のグローバル粒子シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      木坂将大
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学研究会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Power of agile and flexible observations of the large effective area NICER telescope - Examples of magnetars and transients2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Enoto
    • 学会等名
      NICER Summer 2022 Science Workshop
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 中性子星の観測的研究の進展2022

    • 著者名/発表者名
      榎戸輝揚
    • 学会等名
      基研研究会「熱場の量子論とその応用」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電波とX線の同時観測によるパルサー・マグネター研究2022

    • 著者名/発表者名
      榎戸輝揚
    • 学会等名
      「福井工業大10mアンテナを用いたセンチ波観測で展開するサイエンスの検討」研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] Polish - Japanese Workshop on Extreme Field and Plasma around Pulsar Magnetosphere2024

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Pulsar mini workshop in Yamagata2023

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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