高密度星磁気圏での電磁場エネルギー散逸機構と高速電波バーストの起源の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16J06773
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 木坂 将大 青山学院大学, 理工学部, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• キーワード: 中性子星 / 連星中性子星合体 / ショートガンマ線バースト / 高速電波バースト

研究実績の概要

中性子星やブラックホールなどの高密度天体に見られる活動性は、その天体が持つ強い磁場が深く関係していると考えられている。本研究の目的は、高密度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へ変換、さらに電磁波として放射される一連の機構に対して解析的モデルによる解析、粒子シミュレーション等から迫ることである。
1. 中性子星連星の合体後に形成するブラックホールから放出される相対論的ジェットからの放射と考えられているショートガンマ線バーストに対し、我々が提案した理論モデルを観測データに適用した結果、中心天体の活動に起因すると考えられる 2 つの長時間放射成分が普遍的に存在することを明らかにした。また、得られた結果をもとに長時間放射成分とその散乱成分のフラックス分布を求め、現在稼働中の重力波望遠鏡の重力波が検出可能な範囲で SGRB が起きた場合にX線で検出できる割合を明らかにした。
2. 連星中性子星合体からの重力波イベント GW170817 に付随したガンマ線イベント GRB 170817A の観測データに対し、ショートガンマ線バーストの散乱された成分と解釈できる可能性を提案した。これにより、今回検出された連星中性子星合体イベントに典型的なショートガンマ線バーストが付随していた可能性を示した。
3. 高速電波バーストの候補でもある中性子星からの巨大電波パルスの電波とX線の同時観測データに対し、放射に寄与している粒子数に対する制限を与えた。

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

本年度、連星中性子星の合体に伴う重力波が初めて検出され、これに伴う幅広い帯域の電磁波も同時に検出された。この新たな情報により、連星中性子星合体に伴うエネルギー解放現象に対する定量的な制限がはじめて得られた。本研究では連星中性子星の合体に伴うエネルギー解放現象の解明が主要な目的の一つであり、今後粒子シミュレーションで扱う際に、とるべきセットアップを想定以上に明確にすることができた。シミュレーションコード開発はやや遅れているが、総合的にみれば当初の想定通りの進展であると考える。

今後の研究の推進方策

繰り返す高速電波バースト天体に対する観測、連星中性子星の合体に伴う電磁波の観測により、高速電波バーストが起こりうるパラメーター範囲に対する制限は当初の想定以上に強くなった。今後も観測が大きく発展することが期待されるために解析的な手法などによりさらにパラメータ範囲を絞り込む研究を進めるが、粒子シミュレーションのコード開発がやや遅れていることからこちらを優先的に進め、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した上で、可能性のあるコヒーレントな電波放射の機構について調査を行うことを予定している。

研究成果

• [国際共同研究] Avrasya University(トルコ)
  • 国名: トルコ
  • 外国機関名: Avrasya University
• [国際共同研究] University of Maryland/Stanford University/SLAC National Accelerator Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Maryland/Stanford University/SLAC National Accelerator Laboratory
  • 他の機関数: 14
• [国際共同研究] University of Durham/University of Cambridge/University of Southampton(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Durham/University of Cambridge/University of Southampton
• [国際共同研究] Saint Mary’s University/University of Waterloo/University of Manitoba(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: Saint Mary’s University/University of Waterloo/University of Manitoba
• [国際共同研究] SRON/ESTEC/Leiden Observatory(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: SRON/ESTEC/Leiden Observatory
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 8
• [雑誌論文] Hitomi X-ray studies of Giant Radio Pulses from the Crab pulsar (2018)
  • 著者名/発表者名: Felix Aharonian, Yukikatsu Terada, Teruaki Enoto, Shu Koyama, Aya Bamba, Toshio Terasawa, Shinya Nakashima, Tahir Yaqoob, Hiromitsu Takahashi, Shin Watanabe, Kenya Oshimizu, Mamoru Sekido, Kazuhiro Takehuji, Eiji Kawai, Hiroaki Misawa, Fuminori Tsuchiya, Ryo Yamazaki, Eiji Kobayashi, Shota Kisaka, Takahiro Aoki et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 15~15
  • DOI: 10.1093/pasj/psx083
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Luminosity of synchrotron radiation from outer magnetosphere of pulsars (2018)
  • 著者名/発表者名: Shota Kisaka, Shuta J Tanaka
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
• [雑誌論文] Magnetic field configurations of magnetars (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa Kotaro, Akihiro Yatabe, Shota Kisaka
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
• [雑誌論文] Luminosity of synchrotron radiation from pulsar magnetospheres (2017)
  • 著者名/発表者名: Kisaka S、Tanaka S J
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 932 ページ: 012015～012015
  • DOI: 10.1088/1742-6596/932/1/012015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Search for the time evolution of the synchrotron X-ray spectrum of the youngest Galactic supernova remnant G1.9+0.3 using Suzaku (2017)
  • 著者名/発表者名: Sezer A、Yamazaki R、Ohira Y、Tanaka S、Kisaka S
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 932 ページ: 012053～012053
  • DOI: 10.1088/1742-6596/932/1/012053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Constraints on pulsed emission model for repeating FRB 121102 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kisaka Shota、Enoto Teruaki、Shibata Shinpei
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 69 ページ: L9 (6pp)
  • DOI: 10.1093/pasj/psx093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle acceleration by pulsar wind nebulae inside supernova remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Ohira, Shota Kisaka, Ryo Yamazaki
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: ICRC2017 ページ: 286
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Bimodal Long-lasting Components in Short Gamma-Ray Bursts: Promising Electromagnetic Counterparts to Neutron Star Binary Mergers (2017)
  • 著者名/発表者名: Kisaka Shota、Ioka Kunihito、Sakamoto Takanori
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 846 ページ: 142～142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8775
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetar Broadband X-Ray Spectra Correlated with Magnetic Fields: Suzaku Archive of SGRs and AXPs Combined with NuSTAR, Swift, and RXTE (2017)
  • 著者名/発表者名: Enoto Teruaki、Shibata Shinpei、Kitaguchi Takao、Suwa Yudai、Uchide Takahiko、Nishioka Hiroyuki、Kisaka Shota、Nakano Toshio、Murakami Hiroaki、Makishima Kazuo
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 231 ページ: 8～8
  • DOI: 10.3847/1538-4365/aa6f0a
  • 査読あり
• [学会発表] ガンマ線バーストの散乱とGW170817/GRB 170817A (2018)
  • 著者名/発表者名: 木坂将大, 井岡邦仁, 樫山和己, 中村卓史
  • 学会等名: 日本天文学会 2018年春季年会
• [学会発表] FRB 121102に対する中性子星電波パルスモデル (2018)
  • 著者名/発表者名: 木坂将大, 榎戸輝揚, 柴田晋平
  • 学会等名: 日本天文学会 2018年春季年会
• [学会発表] 2017.11.7 Crab pulsar large glitch観測速報(2): 波形変化の有無検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木坂将大, 榎戸輝揚, 寺澤敏夫, 徳丸宗利, 俵海人, 岳藤一宏, 関戸衛, 三澤浩昭, 土屋史紀, 村田泰宏, 竹内央, 米倉覚則, 青木貴弘, 新沼浩太郎, 藤澤健太, 本間希樹, 小山友明, 柴田晋平, 浅野勝晃, 田中周太
  • 学会等名: 日本天文学会 2018年春季年会
• [学会発表] Short Gamma-ray Bursts and GRB 170817A (2018)
  • 著者名/発表者名: Shota Kisaka
  • 学会等名: The first annual symposium of the innovative area "Gravitational Wave Physics and Astronomy: Genesis"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ガンマ線バーストの散乱とGW170817/GRB 170817A (2017)
  • 著者名/発表者名: 木坂 将大, 井岡邦仁, 樫山和己, 中村卓史
  • 学会等名: 第30回 理論懇シンポジウム
• [学会発表] Scattered Short Gamma-Ray Bursts as Electromagnetic Counterparts to Gravitational Waves and Implications of GW170817 and GRB 170817A (2017)
  • 著者名/発表者名: Shota Kisaka, Kunihito Ioka, Kazumi Kashiyama, Takashi Nakamura
  • 学会等名: GW170817: The First Double Neutron Star Merger
  • 国際学会
• [学会発表] 中性子星からの電磁波放射領域 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木坂将大
  • 学会等名: 第7回DTAシンポジウム: ～中性子星の観測と理論～ 研究活性化ワークショップ 2017
• [学会発表] ショートガンマ線バーストと合体放出物質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木坂 将大
  • 学会等名: 研究会「ガンマ線バースト研究の新機軸」
  • 招待講演
• [学会発表] Luminosity of synchrotron radiation in pulsar magnetospheres (2017)
  • 著者名/発表者名: Shota Kisaka, Shuta J. Tanaka
  • 学会等名: IAU Symposium 337 50 Years of Pulsars
  • 国際学会
• [学会発表] Luminosity of synchrotron radiation in pulsar magnetospheres (2017)
  • 著者名/発表者名: Shota Kisaka, Shuta J. Tanaka
  • 学会等名: Physics of Neutron Stars - 2017
  • 国際学会