加速粒子から宇宙線へ - 次世代X線・γ線天文台を用いた銀河宇宙線生成現場の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05107
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 馬場 彩 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70392082)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超新星残骸 / 宇宙線 / X線天文学 / 衝撃波

研究実績の概要

本年度は、超新星残骸からの宇宙線逃亡のタイムスケールを複数の超新星残骸を比較することで見積もることを試みた。最もソフトなGeVガンマ線放射を持つ、つまり発見されている中で最も宇宙線逃亡が進んでいると思われる超新星残骸HB21の熱的プラズマを「すざく」衛星のX線データから詳しく調べ、分子雲衝突の過冷却からの緩和時間が非常に短いことを示した。これは、急冷却からの緩和時間が、宇宙線逃亡タイムスケールのストップウォッチとなりうることを示した成果である。また、急冷却の兆候の発見されているすべての超新星残骸についてGeVガンマ線のべきを調べ、緩和時間が長い超新星残骸ほどGeVガンマ線のべきが大きい、つまり逃亡が進んでいることを示した。
現在、より定量的に宇宙線逃亡タイムスケールを測定すべく、GeVガンマ線データについても統一的に解析し、それぞれの超新星残骸に残る宇宙線の最大エネルギーを急冷却からの緩和時間と比較しようとしている。すでにGeVガンマ線スペクトルのカットオフは緩和時間が大きくなるにつれ急激に小さくなることを示しており、国際学会での発表も予定されている。
このほかに、衝撃波の形状などに影響を与える超新星爆発の非等方性を輝線ドップラー偏移から求める研究、衝撃波と分子雲の相互作用に関する研究、爆発タイプによる加速効率の違いを調べるための中心コンパクト天体の研究、コンパクト天体での加速に関する研究なども行った。それぞれの結果は査読論文や国際・国内学会の発表を行っている。

研究成果

• [国際共同研究] NASA/MIT/Cfa(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA/MIT/Cfa
  • 他の機関数: 30
• [雑誌論文] A search for new supernova remnant shells in the Galactic plane with H.E.S.S. (2018)
  • 著者名/発表者名: H.E.S.S. Collaboration, et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 612 ページ: A8～A8
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201730737
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of X-ray flares from AX J1714.1-3912, the unidentified source near RX J1713.7-3946 (2018)
  • 著者名/発表者名: Miceli Marco、Bamba Aya
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 612 ページ: A32～A32
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201732374
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi (ASTRO-H) X-ray Astronomy Satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Tadayuki, et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.4.2.021402
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A technique for estimating the absolute gain of a photomultiplier tube (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi M., et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 894 ページ: 1～7
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.03.034
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi X-ray observation of the pulsar wind nebula G21.5-0.9 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration, et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1093/pasj/psy027
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of recombining plasma from the faintest GeV supernova remnant HB 21 and a possible scenario for cosmic rays escaping from supernova remnant shocks (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Hiromasa、Bamba Aya、Nakazawa Kazuhiro、Furuta Yoshihiro、Sawada Makoto、Yamazaki Ryo、Koyama Katsuji
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1093/pasj/psy069
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of Molecular and Atomic Clouds Associated with the Gamma-Ray Supernova Remnant Kesteven 79 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuriki M.、Sano H.、Kuno N.、Seta M.、Yamane Y.、Inaba T.、Nagaya T.、Yoshiike S.、Okawa K.、Tsutsumi D.、Hattori Y.、Kohno M.、Fujita S.、Nishimura A.、Ohama A.、Matsuo M.、Tsuda Y.、Torii K.、Minamidani T.、Umemoto T.、Rowell G.、Bamba A.、Tachihara K.、Fukui Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 864 ページ: 161～161
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aad7be
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] NuSTAR Detection of Nonthermal Bremsstrahlung from the Supernova Remnant W49B (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Takaaki、Yamaguchi Hiroya、Wik Daniel R.、Aharonian Felix A.、Bamba Aya、Castro Daniel、Foster Adam R.、Petre Robert、Rho Jeonghee、Smith Randall K.、Uchida Hiroyuki、Uchiyama Yasunobu、Williams Brian J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 866 ページ: L26～L26
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aae709
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Asymmetric expansion of the Fe ejecta in Kepler’s supernova remnant (2018)
  • 著者名/発表者名: Kasuga Tomoaki、Sato Toshiki、Mori Koji、Yamaguchi Hiroya、Bamba Aya
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1093/pasj/psy085
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for Rapid Adiabatic Cooling as an Origin of the Recombining Plasma in the Supernova Remnant W49B Revealed by NuSTAR Observations (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Hiroya、Tanaka Takaaki、Wik Daniel R.、Rho Jeonghee、Bamba Aya、Castro Daniel、Smith Randall K.、Foster Adam R.、Uchida Hiroyuki、Petre Robert、Williams Brian J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 868 ページ: L35～L35
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aaf055
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of polarized gamma-ray emission from the Crab nebula with the Hitomi Soft Gamma-ray Detector† (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration, et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1093/pasj/psy118
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraints on the chemical enrichment history of the Perseus Cluster of galaxies from high-resolution X-ray spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Simionescu A., et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 483 ページ: 1701～1721
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3220
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] NuSTARによる超新星残骸CTB37B衝撃波面からの非熱的硬X線の発見 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬場彩
  • 学会等名: 2019年日本天文学会春季年会
• [学会発表] X-ray studies of SNRs and relevant sources in Large Magellanic Clouds (2018)
  • 著者名/発表者名: Aya Bamba
  • 学会等名: SNR workshop 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Constraining the energetic particle content of Supernova Remnants through X-ray observations (2018)
  • 著者名/発表者名: Aya Bamba
  • 学会等名: article Acceleration and Transport: from the Sun to Extragalactic Sources
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X 線・ガンマ線で見たマゼラン雲 - ideal laboratory か monster factory か？ - (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬場彩
  • 学会等名: 2018年日本天文学会春季年会
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://energetic-universe.phys.s.u-tokyo.ac.jp/