| 研究課題/領域番号 |
19K03904
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
堂谷 忠靖 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30211410)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | X線連星 / 低質量X線連星系 / X線バースト / X線パルサー / 中性子星 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の主目的は、中性子星のX線観測からその質量と半径に制限を加え、核物質の状態方程式に関する情報を得ることである、特に、X線連星系で観測されるX線バースト中のエネルギースペクトルに吸収線や吸収端などの構造を検出することで、中性子星表面での重力赤方偏移を推定することを目的とする。今年度は、昨年度解析に着手した、低質量X線連星系EXO0748-676の「すざく」衛星のアーカイブデータの解析をさらに進めた。昨年度の報告書では、EXO0748-676から観測されたX線バーストは３つと報告したが、小さいものまで含めると５つあり、このうちの一つは先行するバーストからわずか15分後に発生した連続バーストであった。これらのバーストのうち、最も継続時間の長いバーストのピークを含む約150秒間のデータの解析から、5.3 keV付近に吸収線様の構造が検出された。ただし、統計的検定を行ったところ有意度が２σ程度と低く、偶然そのような構造が作られた可能性を排除できなかった。バーストの減衰部分や連続バーストのうちの２つ目に限った解析なども行ったが、他にスペクトル構造は検出できなかった。これらの結果を含むEXO0748-676の解析結果については、天文学会で報告した。
昨年度開始した、X線バーストを用いるのとは別の方法、すなわちX線パルサーのスペクトル中に見られる鉄輝線を利用する方法についても、解析を進めた。この解析では、鉄輝線の中心エネルギーを精度良く決めることが本質的に重要である。そこで、これまでに知られているX線パルサーのうち、鉄輝線がもっとも強いX線パルサーとして、GX301-2を選んだ。「すざく」は、GX301-2を２回観測しているが、そのうち有効観測時間の長い（約60ks）2009年1月のデータの解析に着手した。この解析は、次年度に継続する予定である。
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| 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
本研究課題については、４年計画のうちの３年目が終わったところで、概ね順調に進展していると言える。研究実施計画に従い、X線天文衛星のアーカイブデータ、とくに「すざく」衛星のアーカイブデータを用いて解析を進めている。これまでに、「すざく」衛星のアーカイブデータから７天体について解析を進めたが、いまのところ統計的に有意なスペクトル構造は見つかっていない。X線バースト中のエネルギースペクトルに吸収線や吸収端などの構造が現れるのは比較的まれな現象と考えられているので、これまでの解析から検出されていないのは想定の範囲内と言える。次年度は、本研究の最終年度にあたるため、他衛星のアーカイブデータも含めて、粘り強くX線バーストのスペクトル解析を続けて行きたい。
また、中性子星の質量半径に制限を加える別の方法として、X線パルサーから観測される鉄輝線の、パルス位相に連動した中心エネルギーの変化を使う方法を考案した。まだデータ解析を始めたばかりで結果が出ていないが、このような新しい手法を考案できたと言うことも、研究の順調な進展の一面と言えるだろう。
本年度は、新型コロナの影響が継続していたため、たとえば、国際天文連合（International Astronomical Union）のGeneral Assemblyが2022年度に延期になるなど、国際会議の開催に影響があり、また海外渡航の制限などもあった。そのため、国際会議での成果発表ができなかったが、次年度に挽回したい。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度も、当初の研究計画にしたがって、「すざく」衛星をはじめとするX線天文衛星のアーカイブデータを用いて、X線バースト中のエネルギースペクトルに吸収線や吸収端などのスペクトル構造を探していく。
「すざく」衛星のアーカイブデータについては、既知の主要なX線バースト天体のうち、ほぼ定常的にX線バーストを起こす天体の解析は概ね行ったので、今後は銀河中心やバルジ領域にある比較的暗い低質量X線連星を中心にX線バーストを探す方針とする。比較的暗い低質量X線連星は、X線バーストを起こす頻度は低いものの（バースト間隔が~1日以上）、規模の大きなX線バーストを起こす傾向がある。規模が大きなX線バーストは、エディントン限界光度に到達し、バースト生成物である重元素が輻射圧で大気外縁まで吹き飛ばされる可能性が高く、バースト中のエネルギースペクトルに吸収構造が形成され易くなると考えられる。吸収端と思われるスペクトル構造が「すざく」衛星で観測されたGRS1747-312も、このような天体のひとつであった。
さらに、他衛星のアーカイブデータ、具体的には、NuSTAR衛星や国際宇宙ステーション設置のNICERのデータの解析も進めて行く。とくに、NICERは2 keV付近で（半導体検出器を備えたX線望遠鏡の中で）過去最大の有効面積を持つことから、数keV付近に期待される吸収線の観測に威力を発揮すると考えられる。そこで、スピンが遅い、もしくはスピン軸の傾斜角が小さいと考えられる中性子星を選んで解析を進める方針とする。
これらの解析の成果については、国際研究会および国内学会等で発表するとともに、査読論文としてもまとめていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度も、昨年度に引き続き新型コロナの影響で国際会議が延期になったり（国際天文連合のGeneral Assembly）、国内外の研究会や学会がリモート開催になったりした。そのため、国際会議に参加できなかったり、また学会等に参加しても旅費が不要になったりしたため、次年度使用の予算が生じてしまった。
次年度については、国際会議も対面で開かれるようになってきていることと、新型コロナによる海外渡航制限などが緩和されてきており、国際会議での成果発表が行える見通しが出てきた。そこで、国際会議や学会での発表を積極的にすすめることとし、それに必要な参加料や旅費にあてることとする。また、これまでに得られた成果を査読論文にまとめ、その掲載料にあてるなどして、計画的に使用したい。
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