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2023 年度 実績報告書

中性子星の内部に潜む磁場の観測的推定

研究課題

研究課題/領域番号 21K03624
研究機関東京大学

研究代表者

牧島 一夫  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (20126163)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード中性子星 / マグネター / 宇宙X線 / 磁場進化 / パルス位相変調
研究実績の概要

中性子星(NS)の磁場を理解する鍵となるのが、強い磁場をもち磁気エネルギーでX線を放射する一群のNS、「マグネター」である。我々は2例のマグネターで、周期的なX線パルスが長い周期で進み遅れする「位相変調」現象を発見した。これは内部に潜む強いトロイダル磁場がNSを変形させ、自由歳差運動が起きた結果と解釈され、位相変調の起き方から、この2天体の内部に、10の16乗ガウスの超強トロイダル磁場が潜むことが示された。本研究では、より多くのマグネターからこの現象を検出し、トロイダル磁場の推定を目指した。
「すざく」 、その先代「あすか」、およびNuSTAR衛星の公開データを解析した結果、代表的なマグネターSGR1900+14とSGR1806-20から位相変調を検出し、論文として出版公表できた。さらに3つのマグネター1E 1841-045, SGR 0501+4516、および RXJ1708-4009からも同様な現象が検出できた(論文は投稿直前)。こうして位相変調を示すマグネターの個数は7個へ急増し、この現象がマグネターに共通すること、それらの内部には普遍的に10の16乗ガウスの超強磁場が潜もことが、明らかになった。
上記7天体につき、推定されたトロイダル磁場の強度を双極子磁場の強度で割ったところ、老齢のマグネターほどその比が大きいことを発見した (論文は投稿準備中)。これはマグネターの双極子磁場は速く減衰するが、トロイダル磁場はより長く保たれることを意味し、ある種の中性子星種族の存在を自然に説明できる。さらに「あすか」衛星のデータを用い、ガンマ線連星 LS 5039から約9秒のX線パルスを追認できた。これは「すざく」とNuSTARのデータで示唆されたパルスを確定的なものとし、この天体が連星中のマグネターであるという描像を強める結果である。
本研究では、計9編の英文論文を出版できた。うち8編が査読付き、6編が研究代表者による主著論文である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うちオープンアクセス 3件、 査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Discovery of the Free Precession in the Magnetar SGR 1806-20 with the ASCA GIS2024

    • 著者名/発表者名
      Makishima, K., Uchida, N., Enoto, T.
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 76 ページ: in press

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Novel Clues to the Physics of Magnetars as Probed with Detailed Pulse-Timing Studies2023

    • 著者名/発表者名
      Makishima, K.
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Astronomical Union

      巻: 136 ページ: 267-270

    • DOI

      10.1017/S1743921322000473

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Further Evidence for the 9 s Pulsation in LS 5039 from NuSTAR and ASCA2023

    • 著者名/発表者名
      Makishima, K., Uchida, N., Yoneda, H., Enoto, T., Takahashi, T.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 959 ページ: id.79, 16 pp

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad0bdf

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ガンマ線連星LS 5039:「あすか」データによる9 秒パルスの確認2023

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫, 内田和海, 榎戸輝揚
    • 学会等名
      日本天文学会2023年春季年会(立教大学)
  • [学会発表] New Observational Results on Magnetars2023

    • 著者名/発表者名
      Makishima, K., Uchida, N.
    • 学会等名
      2023 Asia-Pacific Regional IAU Meeting (Kohriyama, August 7-11)
    • 国際学会
  • [学会発表] マグネター内部磁場の強度とその進化の観測的推定2023

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫, 内田和海, 榎戸輝揚
    • 学会等名
      日本物理学会2023年秋季年会(東北大学)
  • [学会発表] Evolution of Magnetic Fields of Magnetars (MGTs) Inferred from Observations2023

    • 著者名/発表者名
      Makishima, K.
    • 学会等名
      中性子星の観測と理論-研究活性化ワークショップ 2023 (京都大学、9/7-9/8)
  • [学会発表] ガンマ線連星 LS5039からの~9秒パルスの検出 (ポスター)2023

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学研究会 (東京大学本郷、11/27-11/29)
  • [図書] 目からウロコの物理学2:フーリエ解析・量子力学2024

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫
    • 総ページ数
      218
    • 出版者
      東京大学出版会
    • ISBN
      978-4-13-062625-5
  • [図書] 目からウロコの物理学3:相対論2024

    • 著者名/発表者名
      牧島一夫
    • 総ページ数
      155
    • 出版者
      東京大学出版会
    • ISBN
      978-4-13-062626-2

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公開日: 2024-12-25  

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