大マゼラン雲の超新星残骸に付随する分子雲と原子雲

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17664
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 佐野 栄俊 名古屋大学, 高等研究院(理), 特任助教 (50739472)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 電波天文学 / 超新星残骸 / 星間雲 / 大マゼラン雲 / エックス線・ガンマ線 / 宇宙線

研究実績の概要

本研究の目的は、大マゼラン雲にある超新星残骸 (SNR) について網羅的な星間分子雲 (CO) 及び原子雲 (HI) の探査を行い、星間雲と熱的・非熱的X線放射との比較を通して、衝撃波-星間ガス相互作用と、宇宙線電子の加速機構を明らかにすることにある。当該年度は、ALMA や ATCA 干渉計を用いて観測した高空間分解能 CO/HI データの解析、並びにエックス線との比較研究を中心に進めた。以下に具体的な研究実績を示す。
（１）Mopra 電波望遠鏡により得られた CO データを解析し、新たに2天体について分子雲の付随を明らかにした。
（２）SNR N49 における ALMA CO データを解析し、~1-2 pc の大きさの分子雲クランプを21個特定した。これら分子雲クランプ周辺では、シンクロトロン電波の増光がみられた。衝撃波-星間雲相互作用による磁場増幅の結果と解釈できる。さらに同分子雲クランプ方向では、Si Lyα 輝線の増光も確認された。これは、過電離状態のプラズマが、衝撃波と分子雲との相互作用により生成された可能性を示唆する。
（３）SNR 複合体 30 Doradus C における ALMA CO データを解析し、北西部シェル沿った、分子雲の粒状構造を発見した。これら分子雲の強度ピークは、エックス線のそれと典型的に ~1.1 ± 0.4 pc 離れていた。これは、銀河系内 SNR RX J1713 ほかでみられた傾向と概ね一致している。さらに、Mopra CO 及び ATCA HI のデータを組み合わせて導いた全星間陽子柱密度分布は、シンクロトロン放射の冪指数分布 (Babazaki et al. 2018) と負の相関を示した。これは、衝撃波と粒状分子雲の相互作用が乱流を励起し、宇宙線電子を高いエネルギーまで加速した結果と解釈できる。

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

大マゼラン雲の SNR において、相互作用する星間分子雲及び原子雲に着目した研究は新規性が高く、世界的にもほとんど前例がない野心的課題である。当該年度は、前年度までの低空間分解能観測 (~5-11 pc) で星間雲の付随を確認した SNR について、ALMA や ATCA を用いた高空間分解能 (最大 ~0.5 pc) を実施した。これにより、銀河系内 SNR とほぼと同じ空間分解能で、宇宙線電子からのシンクロトロン放射との比較が可能となった。結果として、これまで申請者らが提唱してきた衝撃波と粒状星間雲の相互作用モデルが、大マゼラン雲のSNR少なくとも2天体についても適用でき、宇宙線加速や高エネルギー放射を理解する上で本質的であることを示した。さらに、本研究に関連する ALMA や ATCA を用いた観測提案も新たに３件採択された。本年度の成果は、すでに一部が査読付き論文として投稿中である。以上の点から、当該研究は概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

ALMA / ATCA 干渉計による高空間分解能 CO/HI データ、並びにエックス線スペクトル解析から得られたシンクロトロン放射の冪指数分布との比較研究により、大マゼラン雲の SNR における宇宙線電子加速機構や、高エネルギー放射の起源が明らかになりつつある。今後は、1) ASTE を用いた CO(3-2) データを解析することにより、衝撃波相互作用により加熱/圧縮された星間雲を特定すること、2) ALMA / ATCA を用いた高空間分解能 CO/HI 観測をほかの SNR に拡充すること、3) エックス線スペクトルから得られる物理量 (電子温度 / エミッションメジャー / シンクロトロン放射の冪指数など) との比較を通して、衝撃波-星間雲相互作用の本質に迫る。

次年度使用額が生じた理由

年度末の海外送金手数料支払いのための金額として5,115円を残しておいたが、使用する必要がなくなったため差額として生じた。当該差額は、次度以降の論文出版費として充当する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] University of Adelaide/Western Sydney University(Australia)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of Adelaide/Western Sydney University
• [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: 8～30
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201730737
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recombining Plasma and Gamma-Ray Emission in the Mixed-morphology Supernova Remnant 3C 400.2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ergin T., Sezer A., Sano H., Yamazaki R., Fukui Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 842 ページ: 22～30
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa72ee
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of the young massive cluster R136 triggered by tidally-driven colliding HI flows (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukui Yasuo, Tsuge Kisetsu, Sano Hidetoshi, Bekki Kenji, Yozin Cameron, Tachihara Kengo, Inoue Tsuyoshi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 69 ページ: 5～10
  • DOI: 10.1093/pasj/psx032
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Detailed Study of the Interstellar Protons toward the TeV γ-Ray SNR RX J0852.0-4622 (G266.2-1.2, Vela Jr.): The Third Case of the γ-Ray and ISM Spatial Correspondence (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukui Y., Sano H., Sato J., Okamoto R., Fukuda T., Yoshiike S., Hayashi K., Torii K., Hayakawa T., Rowell G., Filipovic M. D., Maxted N., McClure-Griffiths N. M., Kawamura A., Yamamoto H., Okuda T., Mizuno N., Tachihara K., Onishi T., Mizuno A., Ogawa H.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 850 ページ: 71～89
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa9219
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing the local environment of the supernova remnant HESS J1731-347 with CO and CS observations (2017)
  • 著者名/発表者名: Maxted N., Burton M., Braiding C., Rowell G., Sano H., Voisin F., Capasso M., Puhlhofer G., Fukui Y.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 474 ページ: 662～676
  • DOI: 10.1093/mnras/stx2727
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of Molecular and Atomic Clouds Associated with the Magellanic Superbubble 30 Doradus C (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano H., Yamane Y., Voisin F., Fujii K., Yoshiike S., Inaba T., Tsuge K., Babazaki Y., Mitsuishi I., Yang R., Aharonian F., Rowell G., Filipovic M. D., Mizuno N., Tachihara K., Kawamura A., Onishi T., Fukui Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 843 ページ: 61～67
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa73e0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Prospects for Cherenkov Telescope Array Observations of the Young Supernova Remnant RX J1713.7-3946 (2017)
  • 著者名/発表者名: Acero F. et al. (Corresponding authors: Nakamori, T., Katagiri, H., Sano, H., Yamazaki, R., Ohira, Y.)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 840 ページ: 74～87
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6d67
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interstellar gas and X-rays toward the Young supernova remnant RCW 86; pursuit of the origin of the thermal and non-thermal X-ray (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano H., Reynoso E.M., Mitsuishi I., Nakamura K., Furukawa N., Mruganka K., Fukuda T., Yoshiike S., Nishimura A., Ohama A., Torii K., Kuwahara T., Okuda T., Yamamoto H., Tachihara K., Fukui Y.
  • 雑誌名: Journal of High Energy Astrophysics 巻: 15 ページ: 1～18
  • DOI: 10.1016/j.jheap.2017.04.002
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Shock-cloud interaction in the Galactic/Magellanic supernova remnants: Evidence for cosmic-ray acceleration (2018)
  • 著者名/発表者名: Sano, H.
  • 学会等名: Interstellar Medium in the Nearby Universe 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 大マゼラン雲の超新星残骸に付随する分子雲の探査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野栄俊, 吉池智史, 山根悠望子, 長屋拓郎, 立原研悟, 福井康雄, 藤井浩介, 水野範和, 河村晶子, 徳田一起, 大西利和, Kevin Grieve, Miroslav Filipovic, Fabien Voisin, Gavin Rowell
  • 学会等名: 日本天文学会2018春季年会
• [学会発表] シェル型 TeV ガンマ線超新星残骸 HESS J1912+101 に付随する分子雲の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野栄俊, 吉池智史, 山根悠望子, 長屋拓郎, 西村淳, 山本宏昭, 田村陽一, 立原研悟, 福井康雄, 久野成夫, 鳥居和史, 南谷哲宏, 梅本智文, 瀬田益道, Nigel Maxted, Gavin Rowell, 他 FUGIN チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2018春季年会
• [学会発表] Shock-cloud interaction in the Galactic/Magellanic Supernova remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, H. and NANTEN team
  • 学会等名: Cherenkov Telescope Array Australia: Consortium Workshop 4
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ASTE CO observations toward the SNRs and HII regions (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, H.
  • 学会等名: NRO45m/ASTE Single Dish Science Workshop 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Shock-Cloud Interaction in the Galactic and Magellanic Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, H.
  • 学会等名: SNR Workshop 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Young supernova remnants associated with the interstellar gas; pursuit of the origin of cosmic-rays (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, H.
  • 学会等名: Theories of Astrophysical Big Bangs
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies of TeV gamma-ray SNRs associated with the interstellar gas (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, H.
  • 学会等名: Cherenkov Telescope Array Australia: Consortium Workshop 5
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interstellar Gas toward Young Gamma-Ray SNRs (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, H.
  • 学会等名: CTA Japan workshop 2017, The extreme Universe viewed in very-high-energy gamma-rays 2017
  • 国際学会
• [学会発表] CO Survey toward the Magellanic Supernova Remnants (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, H., Yamane, Y., Nagaya, T., Fujii, K., Yoshiike, S., Tachihara, K., and Fukui, Y.
  • 学会等名: 2017 ALMA/45m/ASTE Users Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 超新星残骸と相互作用する星間ガスと粒子加速 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野栄俊
  • 学会等名: 「自然科学における階層と全体」シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Shock-cloud interaction in the galactic SNRs: Evidence for cosmic-ray acceleration (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野栄俊
  • 学会等名: FUGIN SCIENCE WORKSHOP