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X線で探る 中性子星の表面

公募研究

研究領域実験と観測で解き明かす中性子星の核物質
研究課題/領域番号 15H00835
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

牧島 一夫  国立研究開発法人理化学研究所, 宇宙観測実験連携研究グルー プ, グループディレクター (20126163)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード中性子星 / 宇宙X線 / 質量降着 / 表面 / Rp過程 / プラズマ周波数
研究実績の概要

本研究は、質量降着する中性子星において、表面温度よりずっと高温な硬X線が表面を照射するようなスペクトル状態(いわゆるハード状態)が実現されている際、熱化していないX線が中性子星の表面にて反射・散乱されることで生じるスペクトル構造をとらえ、もって中性子星の表面状態を探査することを目的とする。今年度は昨年度に引き続き、トランジェント弱磁場中性子星連星である Aquila X-1がこのハード状態にあるとき、「すざく」衛星で観測されたスペクトルの 30 keV付近に輝線状の盛り上がりがあることに着目した。スペクトルの詳しい定量解析を行った結果、硬X線放射が単一温度の電子雲によるコンプトン散乱で作られているという仮定の下で、この構造は統計的に有意であり、降着円盤など冷たい物質での反射や、降着ガスによる部分吸収を考えても、説明できないことが確認できた。さらにこの構造をモデル化したところ、30 keV付近を中心とするガウシアンでも合わせられるが、自由電子が、約27 keVにエッジをもつ高階電離イオンと再結合する際の放射として、より良くフィットできることがわかった。イオンが水素様であると仮定し、中性子星の標準的な重力レッドシフトを考えると、これは原子番号Z=48-51、すなわちCdからSbに対応する。そこで以下の斬新なシナリオに到達した。
(1) この種の天体では降着物質が中性子星の表面で「X線バースト」と呼ばれる爆発的な核融合反応を起こす。
(2)そのさい水素過剰な環境で核融合が進むため、「速い陽子捕獲過程」(Rp過程)が起き、中性子星の表面直下でZ~52までの重元素が多く合成される。
(3)それらの重元素はバーストにより中性子星の大気にまき上げられる。
(4)上空のコロナで生じる硬X線が大気を照射する際、大気中の重元素が光電離し、それらが再結合放射を行うことで 30 keVの構造が生じる。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A Hard-to-Soft State Transition of Aquila X-1 Observed with Suzaku2017

    • 著者名/発表者名
      Ono, K., Makishima, K., Sakurai, S., Zhang, Z., Yamaoka, K. & Nakazawa, K.
    • 雑誌名

      Publications of Astronomical Society of Japan

      巻: 69

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Suzaku Observation of the High-inclination Binary EXO 0748-676 in the Hard State2016

    • 著者名/発表者名
      Zhang, Z., Sakurai, S., Makishima, K., Nakazawa, K., Ono, K., Yamada, S., & Xu, H.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 823 号: 2 ページ: 131-131

    • DOI

      10.3847/0004-637x/823/2/131

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Suzaku observation of the low-mass X-ray binary GS 1826-238 in the hard state2016

    • 著者名/発表者名
      Ko Ono; Soki Sakurai; Zhongli Zhang; Kazuhiro Nakazawa; Kazuo Makishima
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 印刷中 号: SP1

    • DOI

      10.1093/pasj/psw003

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 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] X-ray studies of neutron stars and their magnetic fields2016

    • 著者名/発表者名
      Makishima, K.
    • 雑誌名

      Proc. Japan Academy Series B

      巻: 92 ページ: 135-155

    • NAID

      130005150898

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Suzaku Observation of the High-Inclination Binary EXO 0748-676 in the Hard State2016

    • 著者名/発表者名
      Zhang, Z., Sakurai, S., Makishima, K., Nakazawa, K., Ono, K., and Yamada, S.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 820

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 中性子星大気中におけるZ=52 付近の重元素の存在2017

    • 著者名/発表者名
      窪田恵、玉川徹、牧島一夫、芹野素子、岩切渉、杉崎睦、中野俊男、小野 光
    • 学会等名
      日本天文学会2017年春の年会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 硬X線スペクトルで探る中性子星の表面状態2016

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫、杉崎睦、小野光、中澤知洋、櫻井壮希
    • 学会等名
      日本物理学会2016年春期大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ハード状態におけるGS 1826-238の「すざく」によるワイドバンド分光2016

    • 著者名/発表者名
      小野光、櫻井荘希、Zhang Zhongli、中澤知洋、牧島一夫
    • 学会等名
      日本物理学会2016年春期大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 低質量X線連星系のハード状態スペクトルに見られる速い陽子捕獲反応の痕跡2016

    • 著者名/発表者名
      玉川徹、牧島一夫、芹野素子、 岩切渉、小野光、窪田恵
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋期大会
    • 発表場所
      宮崎大学(宮崎県宮崎市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Possible Concentration of Elements with Z~60 in the Atmosphere of Mass-Accreting Neutron Stars2016

    • 著者名/発表者名
      Makishima,K., Tamagawa, T., Kubota. M., Serino, M., Iwakiri, W.B., Sugizaki,M and Ono, K.
    • 学会等名
      Nuclear Matter in Neutron Stars Investigated by Experiments and Astronomical Observations
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 中性子星に関するいくつかの観測的スペキュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫
    • 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
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-12-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 「すざく」衛星で探る大質量星と中性子星の連星系4U 1700-37の磁場強度と降着の幾何2015

    • 著者名/発表者名
      室田優紀、笹野理、中澤知洋、牧島一夫
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋期大会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-09-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] X線で探る中性子星の磁気変形と表面状態2015

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫
    • 学会等名
      「実験と観測で解き明かす中性子星の核物質」第4回研究会
    • 発表場所
      湘南国際村センター (神奈川県葉山町)
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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