かに星雲の新しい描像の確立

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15540227
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 柴田 晋平 山形大学, 理学部, 教授 (90187401)
• 研究分担者: 星野 真弘 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90241257)
• キーワード: 高エネルギー天文学 / 粒子加速 / パルサー / シンクロトロン放射 / 宇宙線 / プラズマ物理 / 超新星残骸

研究概要

かに星雲は1054年に起こった超新星爆発の残骸であり、現在も秒速2000kmの速さで膨張を続けている。爆発の際、中心部に1兆ガウスにも強く磁化した中性子星が形成され、その中性子星は回転のエネルギーを磁化したプラズマとして放出し、そのエネルギーによりかに星雲は輝いている。従来のかに星雲の描像では中心の中性子星(パルサー)からトロイダルな磁場を伴った超相対論的なプラズマ(ローレンツ因子は百万以上)が吹き出ていて、その終端衝撃波で加熱しシンクロトロン放射によって星雲が輝くと考えている。熱化はパルサー風の運動エネルギーによるものであると考えられてきた。
しかし、本研究では始めてこの描像に疑いがあることを提示した。これまでに、最近得られたX線望遠鏡チャンドラのイメージと我々のモデル計算を比較し、乱れた磁場の存在を指摘した(研究発表リストShibata et al.2003参照)。これはシンクロトロン放射するプラズマのエネルギー源がパルサー風によって運ばれてきた磁場である可能性を示唆するものである。
今年度後半にはこれを更に進め、柴田を中心に、かに星雲の偏光観測から乱流磁場の存在を検討し、やはり、偏光観測も乱流磁場を指示することを示した。また、星野を中心に、パルサー内の逆転する磁場を伴った衝撃波の構造の研究を開始した。逆転磁場のある衝撃波の構造についてはこれまでに研究が無く、今後の発展が期待される。

研究成果

• [文献書誌] Hirotani, k., Harding, A., Shibata, S.: "Electrodynamics of Outer-Gap Accelerator : Formation of Soft Power-low Spectrum Between 100 MeV and 3 GeV"Astrophysical Journal. 591. 334-353 (2003)
• [文献書誌] Shibata, S., Tomatsuri, H., Shimanuki, M., Saito, K., Mori, K.: "On the X-ray Image of the Crab Nebula : Comparison with Chandra Observation"Nonthly Notices of Royal Astronomical Society. 348. 841-845 (2003)
• [文献書誌] Takata, J., Shibata, S., Hirotani, K.: "Outer-magnetospheric model for Vela-like pulsars : formation of sub-GeV spectrum"Monthly Notices Royal Astronomical Society. 348. 241-249 (2003)