研究課題
中性子星やブラックホールなどの高密度天体の活動性には、その天体が持つ強い磁場が関係していると考えられている。本研究の目的は、これらの天体が周囲に形成する磁気圏において電磁場のエネルギーから粒子のエネルギーに変換される機構に対して粒子シミュレーション等から迫ること、特に、高速電波バースト (以下FRBと略す) と呼ばれる大強度の電波放出現象の起源の解明に向けたモデルを構築することである。初年度は、粒子シミュレーションコード作成とともに、FRBに対する今年度の観測の進展を利用してモデルに基づく理論的制限を行った。1. 中性子星の磁極近傍に対して粒子の流入、流出に伴って起こる可能性のあるプラズマ不安定性を明らかにするための粒子シミュレーションを行った。この結果新しいプラズマ不安定性を発見し、これに起因して放射される電波が中性子星から観測されている電波パルス放射を説明できる可能性を示した。2. FRBの光度とその継続時間の最新の観測データから、中性子星磁気圏からのパルス放射モデルに対してその中性子星の表面磁場と回転周期に対する強い制限を与えた。その結果、磁気圏からバースト的なFRBを放出するモデルは許されるパラメーター範囲が非常に狭いことを明らかにした。3. 解析的モデルを用い、中性子星磁気圏でどの程度の電磁場のエネルギーが粒子のエネルギーに変換されているかを調べた。モデルの結果を観測と比較することで、検出されている非熱的X線と可視光の光度の観測値はシンクロトロン放射の光度の理論的上限値に対応していることがわかった。これは、磁気圏で電磁場のエネルギーフラックスの半分程度までが粒子のエネルギーフラックスに変換されていることを意味する。
2: おおむね順調に進展している
今年度、高速電波バーストに関して大きな観測的進展があった。この結果をもとに理論的解析を進めた結果、「研究実施の概要」で述べたように、本研究で想定していたより粒子シミュレーションで調べるべきパラメーター範囲を小さくできるなどの予期していなかった成果が得られた。そのため、粒子シミュレーションでの粒子生成を含む場合のコード作成は当初の予定よりやや遅れているものの、総合的には当初の想定通りの進展であると考えている。
繰り返しFRBを起こすイベントの存在が報告された結果、中性子星の自転速度の進化もしくは中性子星表面のゆがみに起因する磁気ループの発展などによる磁力線再結合に関連する機構がFRBの起源として有力である。この状況でのFRBの放射機構の解明には、研究計画で想定していた電流変化を伴う状況での電磁カスケード現象を理解する必要がある。これは、当初想定していた連星中性子星合体で明らかにするべきことと本質的には同じである。よって、当初の計画どおり中性子星磁気圏での粒子シミュレーションを用いた研究を進め、FRBの放射メカニズム解明に向けて電磁カスケードの結果としてのプラズマ粒子のエネルギー分布の電流依存性を明らかにする予定である。
すべて 2017 2016
すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件)
The Astrophysical Journal
巻: 837 ページ: 76 (16pp)
10.3847/1538-4357/aa6080
巻: 832 ページ: 212 (25pp)
10.3847/0004-637X/832/2/212
巻: 829 ページ: 12 (14pp)
10.3847/0004-637X/829/1/12
