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2016 年度 実績報告書

ASTRO-H衛星の超高分解能分光観測による中性子星のコンパクトネスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 16J05852
研究機関東京理科大学

研究代表者

窪田 恵  東京理科大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
キーワード宇宙 / X線天文 / 中性子星 / 元素合成
研究実績の概要

中性子星(NS) 低質量連星系(LMXB)は、太陽質量以下の恒星とNSとの連星系で、伴星から絶えずNSに質量降着が起きている。降着物質は、NS周辺に降着円盤を形成する。また、比較的磁場が弱いため、物質は最終的にNS表面に堆積し、臨界温度を超えると核融合反応を起こし爆発する。
NS LMXBのスペクトルは、円盤からの黒体輻射とNS表面からの黒体輻射がNS星周辺に存在する希薄な高温プラズマで逆コンプトン散乱された2つの成分で説明できることが先行研究から知られている。しかし、典型的なNS LMXB である Aql X-1の約30 keVに、前述の2つの成分では説明できない超過構造があることを見つけた。伴星からの降着物質の主成分は水素なので、NS大気は、陽子が豊富な環境にある。このような環境下で核融合反応が起こると、早い陽子捕獲反応 (rp-process)で原子番号Z=52付近までの重元素が合成されることが知られているので、構造を説明する一つのシナリオとして、その構造のモデリングから重元素存在の可能性を調査した。本研究で分光観測から、重元素存在の証拠を得ることができれば、核融合反応の直接的な証拠の発見につながり、またエネルギーの赤方偏移を測定することで、NSのコンパクトネスを決定することができる。
今年度は30 keVの構造に対して、gaussianモデルと再結合放射モデルを適応して説明を試みた。その結果、両モデルでスペクトルをよく説明できた。典型的なNS表面での重力赤方偏移を考慮して、重元素は水素様まで電離していると仮定すると、元素輝線を想定した場合では、gaussianの中心値から想定される元素は、rp-process元素では説明できなかった。一方、再結合放射モデルの場合、K吸収端のエネルギーから想定される元素はZ=48-51となり、rp-process元素と矛盾しなかった。

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

当初予定していた、ASTRO-H衛星による中性子星のコンパクトネスの研究は、ASTRO-H衛星の事故により実施することができなくなった。そこで、「すざく」衛星のアーカイブデータを用いて研究を進めることとした。
今年度は、典型的な中性子星LMXBであるAql X-1のスペクトルを詳細に解析し、30 keVに存在する構造のモデリングと有意度の検証を行うことができた。この構造の解釈はまだ定まっていないが、rp-processで生成される元素で矛盾しないことまで確かめることができたので、概ね順調であると言える。

今後の研究の推進方策

今年度はまず、前年度に行った「すざく」衛星の Aql X-1 のデータ解析結果を投稿論文としてまとめる。10月に NuSTAR 衛星で70 ksecという長期間に渡り観測された、質の良い Aql X-1 のデータが公開されるので、その解析を行い、構造の有無とそれを説明するシナリオについて決着をつける。また、NuSTAR の解析結果を国際学会で発表するとともに、論文としてまとめる。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Performance of the PRAXyS X-ray Polarimeter2016

    • 著者名/発表者名
      W.B.Iwakiri, J.K.Black, R.Cole, T.Enoto, A.Hayato, J.E.Hill, K.Jahoda, P.Kaaret, T.Kitaguchi, M.Kubota, H. Marlowe, R.McCurdy, Y.Takeuchi, T.Tamagawa
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Method in Physics Research A

      巻: 838 ページ: 89-95

    • DOI

      10.1016/j.nima.2016.09.024

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [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、中野俊夫、小野光
    • 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線偏光観測衛星PRAXySの進捗(4)2017

    • 著者名/発表者名
      玉川徹、早藤麻美、岩切渉、中野俊男、深沢奏司、水野恒史、北口貴雄、田中慎之、戸田皓陽、榎戸輝揚、窪田恵、西田和樹、田原譲、三石郁之、菅沼亮紀、幅良統、林田清、井上翔太、Keith Jahoda、Joanne Hill、ほかPRAXyS衛星チーム
    • 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] PRAXyS衛星に搭載する光電子追跡型X線偏光計の偏光角再構成法2017

    • 著者名/発表者名
      北口貴雄、深沢奏司、水野恒史、玉川徹、早藤麻美、岩切渉、中野俊男、窪田恵、榎戸輝揚、ほかPRAXySチーム
    • 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] PRAXyS衛星搭載のX線ミラーと偏光計のビームラインによる性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      中野俊男、玉川徹、早藤麻美、岩切渉、窪田恵、北口貴雄、田中慎之、戸田皓陽、水野恒史、深沢奏司、三石郁之、田原譲、井上翔太、林田清、榎戸輝揚、Keith Jahoda、Joanne Hill-Kittle、ほかPRAXySチーム
    • 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] Performances of the TPC polarimeter for PRAXyS2017

    • 著者名/発表者名
      W. B. Iwkiri, T. Kitaguchi, K. Black, J. Hill, K. Jahoda, R, Cole, T. Tamagawa, A. Hayato, Y. Takeuchi, M. Kubota, T. Enoto, P. Kaaret, H. Marlowe, R. McCurdy
    • 学会等名
      2nd CORE-U Conference: Cosmic Polarimetry from Micro to Macro Scales
    • 発表場所
      広島大学 (広島県、東広島市)
    • 年月日
      2017-02-17 – 2017-02-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of the gain uniformity and high voltage tolerance of the GEM for a space application2017

    • 著者名/発表者名
      Z. Yuanhui, S. Oda, T. Nakano, A. Hayato, W. Iwakiri, M. Kubota, T. Kitaguchi, T. Enoto, and T. Tmagawa
    • 学会等名
      2nd CORE-U Conference: Cosmic Polarimetry from Micro to Macro Scales
    • 発表場所
      広島大学 (広島県、東広島市)
    • 年月日
      2017-02-17 – 2017-02-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Possible concentration of elements with Z~50 in the atmosphere of mass-accreting neutron star2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Makishima, Toru Tamagawa, Megu Kubota, Motoko Serino, Wataru B. Iwakiri, Mutsumi Sugizaki, and Ko Ono
    • 学会等名
      NSMAT 2016
    • 発表場所
      東北大学 (宮城県、仙台市)
    • 年月日
      2016-11-21 – 2016-11-24
    • 国際学会
  • [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
    • 発表場所
      宮崎大学 (宮崎県、宮崎市)
    • 年月日
      2016-09-21 – 2016-09-24
  • [学会発表] 光電子追跡型X線偏光計の飛跡画像処理の開発2016

    • 著者名/発表者名
      北口貴雄, 玉川徹, 早藤麻美, 榎戸輝揚, 岩切渉, 中野俊男, 窪田恵, 西田和樹
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      宮崎大学 (宮崎県、宮崎市)
    • 年月日
      2016-09-21 – 2016-09-24
  • [学会発表] X線偏光観測衛星PRAXySの進捗状況2016

    • 著者名/発表者名
      玉川徹、岩切渉、中野俊男、早藤麻美、北口貴雄、水野恒史、深沢奏司、榎戸輝揚、窪田恵、西田和樹、田原譲、三石郁之、幅良統、林田清、Keith Jahoda、Joanne Hill、ほかPRAXyS衛星チーム
    • 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
      2016-09-14 – 2016-09-16

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公開日: 2018-01-16  

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