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2016 年度 実施状況報告書

かにパルサーの電波パルス精密観測によるプラズマ乱流構造解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K05069
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

寺澤 敏夫  国立研究開発法人理化学研究所, 階層縦断型基礎物理学研究チーム, 研究員 (30134662)

研究分担者 浅野 勝晃  東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (80399279)
三澤 浩昭  東北大学, 理学研究科, 准教授 (90219618)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード中性子星 / パルサー / 星間乱流 / 電波伝搬 / 高速電波バースト
研究実績の概要

約50年前に発見された回転中性子星・電波パルサーのパルス輻射機構、およびそのパルスの伝搬過程を支配する磁気圏内・パルサー星雲内のプラズマ乱流構造は依然として謎につつまれ未解明のままである。我々は、2014年以来、飯館における325MHz帯観測、鹿島における1.4-1.7GHz帯観測を中心としたCrabパルサーの国内多周波同時観測を企画・実行してその謎の解明を目指してきた。平成28年度は、(1)従来にない広帯域観測を用いたCrabパルサー巨大電波パルス周波数スペクトル研究のとりまとめ、(2) 巨大電波パルス発生とX線パルスの相関の有無の検出、(3) 巨大電波パルスのPoisson性/非Poisson性の確認、(4) Crabパルサー観測で開発したデータ解析手段を、未知の突発電波現象FRB(高速電波バースト)解析に応用するための予備的研究、を中心とした研究活動を行った。
(1)は日本発の最初のCrabパルサー電波観測論文となった。(2)は昨年度末の2016・3・25に「ひとみ」衛星との同時観測(飯館、鹿島)で得られたデータが対象であり、「ひとみ」衛星の機上時計較正作業から着手し、その後、相関の検出作業に移行した。中間結果は天文学会にて公表済で、現在、論文投稿に向けた作業を続けている。(3)では、平成27年度に最初の検出報告を行った太陽風シンチレーションによる非Poisson性について、更なる定量的解析を行うとともに、新たな観測データを加えて統計を改善している。(4)では、過去の観測で得たCrab巨大電波パルス・データから作成した擬似FRBデータに基づき、FRB探索アルゴリズムの開発を行った。
さらに、上記の観測を中心とした研究と相補的な理論的研究を行い、パルサー極域の電場遮蔽プロセス、パルサー星雲へのエネルギー注入プロセスについて新しい知見を得た。

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

かに星雲内のプラズマ乱流構造の解明のため、Crabパルサーの300MHz帯と700MHz帯の同時観測を目指し進めていた飯館観測所の拡張工事はほぼ完了した。しかし、700MHz帯の人工電波汚染状況が極めて悪化したため、同時観測の実現には至っていない。現在、汚染の少ない周波数帯を探す作業を進め、展望は得られている。
パルサー電波発生域でのプラズマ乱流構造解明を目指し、巨大電波パルス発生とX線パルスの相関の有無を確定することはX線衛星Suzaku時代からの懸案であり、Hitomi衛星の観測に期待していた。しかし、残念ながらHitomi喪失以前に得られたデータだけでは最終的結論は得られず、相関上限の改善にとどまった。
パルス発生機構・伝搬機構に関連する巨大電波パルスのPoisson性/非Poisson性の確認のため、2009年以来、7年間に渡って日本の観測所で得られたデータの再解析を進め、ほぼ作業は完了した。

今後の研究の推進方策

未解明の回転中性子星・電波パルサーのパルス輻射機構・パルス伝搬を支配する磁気圏内外のプラズマ乱流構造の研究のため、次の諸点に注力する。
(1)飯館における325MHz帯、700MHz帯同時観測を企画・実行する。(2)解析の統計精度改善のため、大量の巨大電波パルスサンプルの蓄積を引き続き行う。(3)新しいデータ源の開発に努める。ターゲットは水沢VERA観測所の2GHz帯、22GHz帯観測、ならびに山口・茨城観測所の6.7GHz帯である。(4)現在、世界的に注目されているFRB現象について、電波パルサーとの類似点・相違点の解明を目指し、そのフィードバックとして電波パルサー放射機構解明への手がかりを得る。

次年度使用額が生じた理由

平成28年度に計画していたCrabパルサーの300MHz帯、700MHz帯の同時観測は、700MHz帯の人工電波汚染状況の悪化のため、延期せざるをえなくなった。次年度に繰り越した予算額はその同時観測のために必要なハードディスク購入費用である。

次年度使用額の使用計画

700MHz帯での汚染の少ない周波数の選定作業をすみやかに終え、Crabパルサーの300MHz帯、700MHz帯(飯館観測所)、1.4GHz帯(鹿島観測所)の同時観測を企画・実行する。そのため、次年度使用額として繰り越した予算を用いてデータ記録用ハードディスクを購入する。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Broadband Photon Spectrum and its Radial Profile of Pulsar Wind Nebulae2017

    • 著者名/発表者名
      Ishizaki, W., S. J. Tanaka, K. Asano, and T. Terasawa
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 838 ページ: 142.1-142.14

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa679b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the Radio Emitting Particles of the Crab Nebula: Stochastic Acceleration Model2017

    • 著者名/発表者名
      Tanaka, S. J., and Asano, K.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 印刷中 ページ: 1

    • DOI

      to be determined

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electric field screening with backflow at polar cap2016

    • 著者名/発表者名
      Kisaka, S., Asano, K., and Terasawa, T.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 829 ページ: 12.1-14

    • DOI

      10.3847/0004-637X/829/1/12

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Wide-band spectra of giant radio pulses from the Crab pulsar2016

    • 著者名/発表者名
      Mikami, Rほか11名(Terasawa, T., last author)
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 832 ページ: 212.1-15

    • DOI

      10.3847/0004-637X/832/2/212

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Very Long Baseline Interferometry Experiment on Giant Radio Pulses of Crab Pulsar toward Fast Radio Burst Detection2016

    • 著者名/発表者名
      Takefuji, T., Terasawa, T., ほか7名
    • 雑誌名

      Pub. Astron. Soc. Pacific

      巻: 128 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1088/1538-3873/128/966/084502

    • 査読あり
  • [学会発表] 太陽風シンチレーションによるCrabパルサー巨大電波パルス間の非ポアソン性の評価2017

    • 著者名/発表者名
      小林瑛史、寺澤敏夫ほか
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-17
  • [学会発表] Fast Radio Burst(FRB)探索ソフトウェアの準備状況2017

    • 著者名/発表者名
      寺澤敏夫ほか
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-18
  • [学会発表] X線天文衛星「ひとみ」と電波の同時観測による「かに星雲」パルサーからのGiant radio pulse のX 線特性2017

    • 著者名/発表者名
      寺田幸功、寺澤敏夫ほか
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-15
  • [学会発表] FRBの輻射機構について2017

    • 著者名/発表者名
      寺澤敏夫
    • 学会等名
      重力波電磁対応天体研究会
    • 発表場所
      京都大学(京都市左京区)
    • 年月日
      2017-03-05 – 2017-03-05
    • 招待講演
  • [学会発表] ひとみ(ASTRO-H)」搭載 精密軟X線分光装置(SXS)の軌道上におけるCrab Pulsarを用いた時刻較正2016

    • 著者名/発表者名
      小山志勇、寺澤敏夫ほか
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2016-09-15 – 2016-09-15

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公開日: 2018-01-16  

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