高感度広帯域ガンマ線観測によるガンマ線バーストにおけるジェット構造の解明

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25800151
• 研究種目: 若手研究(B)
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 大野 雅功 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 特任助教 (50509875)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ガンマ線バースト / 相対論的ジェット / ガンマ線観測 / フェルミ衛星 / ASTRO-H衛星

研究概要

本研究の目的は、宇宙最大級の爆発現象であるガンマ線バーストに付随する超相対論的ジェットの構造を解明することである。そのために、ガンマ線バーストの高感度広帯域観測を現在稼働しているフェルミ衛星を用いて実施すると共に、将来計画として開発が進められているASTRO-H衛星搭載ガンマ線バースト検出器の開発を行う。
フェルミ衛星を用いた観測では、バーストの迅速な観測と解析の速報を行うことでバーストまでの距離決定を行うと共に、ジェットの構造の鍵を握るガンマ線放射スペクトルの形状を低エネルギー側まで抑えることが重要である。本年度では、迅速な解析を行うための監視体制に日本グループの第一人者の立場として積極的に参加した。ここでは衛星が自動的にバーストの方向に指向できるほどの明るいイベントを捉えることに成功し、監視体制の担当として迅速に解析速報を公開した。その結果、バーストまでの距離を決定することに成功し、ジェットの構造を探る上で重要なサンプルを蓄積することに成功した。また、フェルミ衛星は、2013年4月27日に近傍で起きた極めて明るいガンマ線バーストの検出にも成功し、良質なデータ解析からジェットで起こっているガンマ線放射メカニズムが従来提唱されたシンクロトロン放射とは異なる可能性があることを突き止めることができた。この結果は、ジェットの物理的な描像に迫る大変重要なものであるとして、共著者としてサイエンス誌で発表した。
ASTRO-H衛星の開発も本年度は精力的に進めた。ガンマ線バースト検出器として用いる搭載機器の信号処理回路設計、開発、さらに試作機を用いた実証試験を試験立案、実施、その後のデータ解析まで主導して行うことで設計通りの性能が発揮されていることを実証することに成功し、いよいよ衛星搭載機器を一部完成させることが出来た。

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

本研究の目的を達成するために必要なフェルミ衛星によるガンマ線バースト観測と、ASTRO-H衛星搭載ガンマ線バースト観測機器の開発は計画通りに遂行されている。特に、フェルミ衛星では、近傍で起きた極めて明るい希少なバーストの観測に成功し、ジェットにおけるガンマ線放射機構について議論することができ、引き続き勤めたバースト監視体制への参加により明るいバーストの観測に成功し、その距離を決定することができた。これらの成果からフェルミ衛星を用いた本研究の目的は順調に進行していると言える。ASTRO-H衛星開発においても本研究を行うに当たり計画した機器開発や性能実証試験のスケジュールを予定通り実施することができ、衛星搭載品の一部完成まで到達することができた。よって、ASTRO-H衛星開発は予定通り大きな問題なく遂行させることができている。

今後の研究の推進方策

今年度に引き続き、フェルミ衛星によるガンマ線バースト観測とASTRO-H衛星機器開発の二つの課題を推進し、本研究の目的達成を目指す。フェルミ衛星を用いた研究では、本年度で観測できた、特に自身が監視体制に参加した際に観測に成功し、距離も決定できたガンマ線バーストを詳細に解析する。ここではフェルミチームで開発した新しいデータ選別手法により実現するより質の良いデータ解析を行い、ジェットの構造、ガンマ線放射メカニズムに迫る。ASTRO-H 衛星の開発では、衛星搭載機器の地上環境試験、較正試験を主導し、打ち上げに向けてさらに試験を主導して推進する。また、衛星搭載機器として、ガンマ線バーストの観測方法の確立を行い、フェルミ衛星と同時にデータを解析できるような環境を構築し、本研究をさらに強化する。

次年度の研究費の使用計画

当初想定したものよりも物品費用が少なかったため
次年度に組み込み、適切に処理する

研究成果

• [雑誌論文] High-energy Gamma-Ray Emission from Solar Flares: Summary of Fermi Large Area Telescope Detections and Analysis of Two M-class Flares (2014)
  • 著者名/発表者名: Ackermann, M.; Ohno, M.; Ajello, M.; Albert, A.; Allafort, A.; Baldini, L.; Barbiellini, G.; Bastieri, D.; Bechtol, K.; Bellazzini, R.; Bissaldi, E.; Bonamente, E.; Bottacini, E.; Bouvier, A.; Brandt, T. J.; Bregeon, J.; Brigida, M.; Bruel, P.; Buehler, R.; Buson, S. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 787 ページ: 15-28
  • DOI: 10.1088/0004-637X/787/1/15
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The First Pulse of the Extremely Bright GRB 130427A: A Test Lab for Synchrotron Shocks (2014)
  • 著者名/発表者名: Preece, R. Burgess, J. Michael von Kienlin, A. Bhat, P. N. Briggs, M. S. Byrne, D. Chaplin, V. Cleveland, W. Collazzi, A. C. Connaughton, V. Diekmann, A. Fitzpatrick, G. Foley, S. Gibby, M. Giles, M. Goldstein, A. Greiner, J. Gruber, D. Jenke, P. Kippen, R. M. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 343 ページ: 51-54
  • DOI: 10.1126/science.1242302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi-LAT Observations of the Gamma-Ray Burst GRB 130427A (2014)
  • 著者名/発表者名: Ackermann, M. Ajello, M. Asano, K. Atwood, W. B. Axelsson, M. Baldini, L. Ballet, J. Barbiellini, G. Baring, M. G. Bastieri, D. Bechtol, K. Bellazzini, R. Bissaldi, E. Bonamente, E. Bregeon, J. Brigida, M. Bruel, P. Buehler, R. Burgess, J. Michael Buson, S. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 343 ページ: 42-47
  • DOI: 10.1126/science.1242353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extremely Microwave-Rich Solar Flare Observed with Nobeyama Radioheliograph (2013)
  • 著者名/発表者名: Masuda, Satoshi Shimojo, Masumi Kawate, Tomoko Ishikawa, Shin-nosuke Ohno, Masanori
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 65SP1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1093/pasj/65.sp1.S1
  • 査読あり
• [雑誌論文] The First Fermi-LAT Gamma-Ray Burst Catalog (2013)
  • 著者名/発表者名: Ackermann, M. Ajello, M. Asano, K. Axelsson, M. Baldini, L. Ballet, J. Barbiellini, G. Bastieri, D. Bechtol, K. Bellazzini, R. Bhat, P. N. Bissaldi, E. Bloom, E. D. Bonamente, E. Bonnell, J. Bouvier, A. Brandt, T. J. Bregeon, J. Brigida, M. Bruel, P. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement 巻: 209 ページ: 11-111
  • DOI: 10.1088/0067-0049/209/1/11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi Large Area Telescope Detection of Two Very-high-energy (E > 100 GeV) γ-Ray Photons from the z = 1.1 Blazar PKS 0426-380 (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Y. T. Cheung, C. C. Inoue, Y. Stawarz, L. Ajello, M. Dermer, C. D. Wood, D. L. Chekhtman, A. Fukazawa, Y. Mizuno, T. Ohno, M. Paneque, D. Thompson, D. J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 777 ページ: 18-24
  • DOI: 10.1088/2041-8205/777/1/L18
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Second Fermi Large Area Telescope Catalog of Gamma-Ray Pulsars (2013)
  • 著者名/発表者名: Abdo, A. A. Ajello, M. Allafort, A. Baldini, L. Ballet, J. Barbiellini, G. Baring, M. G. Bastieri, D. Belfiore, A. Bellazzini, R. Bhattacharyya, B. Bissaldi, E. Bloom, E. D. Bonamente, E. Bottacini, E. Brandt, T. J. Bregeon, J. Brigida, M. Bruel, P. Buehler, R. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement 巻: 208 ページ: 17-76
  • DOI: 10.1088/0067-0049/208/2/17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission Height and Temperature Distribution of White-light Emission Observed by Hinode/SOT from the 2012 January 27 X-class Solar Flare (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, Kyoko Shimizu, Toshifumi Masuda, Satoshi Ichimoto, Kiyoshi Ohno, Masanori
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 776 ページ: 123-132
  • DOI: 10.1088/0004-637X/776/2/123
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Interplanetary Network Supplement to the Fermi GBM Catalog of Cosmic Gamma-Ray Bursts (2013)
  • 著者名/発表者名: Hurley, K. Pal'shin, V. D. Aptekar, R. L. Golenetskii, S. V. Frederiks, D. D. Mazets, E. P. Svinkin, D. S. Briggs, M. S. Connaughton, V. Meegan, C. Goldsten, J. Boynton, W. Fellows, C. Harshman, K. Mitrofanov, I. G. Golovin, D. V. Kozyrev, A. S. Litvak, M. L. Sanin, A. B. Rau, A. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement, 巻: 207 ページ: 39-47
  • DOI: 10.1088/0067-0049/207/2/39
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interplanetary Network Localizations of Konus Short Gamma-Ray Bursts (2013)
  • 著者名/発表者名: Pal'shin, V. D. Hurley, K. Svinkin, D. S. Aptekar, R. L. Golenetskii, S. V. Frederiks, D. D. Mazets, E. P. Oleynik, P. P. Ulanov, M. V. Cline, T. Mitrofanov, I. G. Golovin, D. V. Kozyrev, A. S. Litvak, M. L. Sanin, A. B. Boynton, W. Fellows, C. Harshman, K. Trombka, J. McClanahan, T. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement 巻: 207 ページ: 38-52
  • DOI: 10.1088/0067-0049/207/2/38
  • 査読あり
• [学会発表] すざく衛星搭載広帯域全天モニタによる太陽フレア観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野 雅功
  • 学会等名: 日本天文学会 秋期年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20140910-20140912
• [学会発表] ASTRO-H衛星搭載硬X線軟ガンマ線検出器におけるBGOアクティブシールドの開発状況 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野 雅功
  • 学会等名: 日本物理学会 春季年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] ASTRO-H衛星搭載軟ガンマ線検出器(SGD)開発の現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野 雅功
  • 学会等名: 日本天文学会 春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学
  • 年月日: 20140319-20140322
• [学会発表] フェルミ衛星で見たガンマ線バーストからの高エネルギー放射 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野 雅功
  • 学会等名: 高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2013
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス 宇宙線研究所
  • 年月日: 20130903-20130904
  • 招待講演
• [学会発表] Future Astro-H Observations of Gamma-ray Bursts (2013)
  • 著者名/発表者名: Masanori Ohno
  • 学会等名: Huntsville Gamma Ray Burst Symposium GRB 2013
  • 発表場所: Nashville, Tennessee, USA
  • 年月日: 20130414-20130418