粒子加速注入問題の解明に向けた超新星残骸のＸ線精密分光による準相対論的粒子の観測

利用超新星遗迹的精确X射线光谱观测准相对论粒子，解决加速粒子注入问题

• 批准号: 19J14025
• 负责人: 尾近 洸行
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14025/
• 关键词: 宇宙線; 超新星残骸; 分子雲; 天体プラズマ; X線天文学; X線CCD

宇宙線のうち knee エネルギー以下のものは銀河宇宙線呼ばれ、超新星残骸で加速されたと考えられている。現在、この粒子加速機構はフェルミ機構が有望視されている。しかしながら、この機構はエネルギーの低い非相対論的粒子には有効的に働かず、観測された相対論的粒子の総量を説明できない。そこで、何らかの粒子注入機構による予備加速が必要であると考えられている。この機構を解き明かす鍵は、非相対論的粒子が予備加熱を受けた直後に相当する準相対論的粒子の組成や総量といった情報である。今年度は、超新星残骸で加速された準相対論的な粒子の組成に迫るべく、それら粒子が分子雲と衝突した際に放射される鉄輝線構造のモデリングに取り組んだ。地上試験のデータから、陽子からニッケルまでの衝突によって生じる輝線構造の再現に成功し、この構造が将来のカロリメータを使用した精密分光観測であれば検出可能できることを示した。本結果は査読付き論文として発表し、国内学会て口頭発表を行った。加速された粒子によるプラズマへのフィードバックを調査するため、XMM-Newton 衛星を用いた超新星残骸 IC 443 の熱的 X 線の解析を行なった。IC 443 で発見された過電離プラズマが、加速された粒子による電離で生成されうるかを Energetics の観点から議論した。その結果、過電離プラズマの生成には超新星爆発のエネルギーを超える莫大なエネルギーが必要であり、このシナリオでの過電離生成は困難であることを突き止めた。一方、場所毎の解析から、分子雲と衝突する領域にかけてプラズマの温度が低く、過電離の度合いが強くなることを発見したことから、IC 443 の過電離プラズマの成因は分子雲からの熱伝導冷却に起因すると結論づけた。本研究は国内学会で口頭発表を行った。

膝能量以下的宇宙射线被称为银河宇宙射线，被认为是被超新星遗迹加速的。目前，费米机制被认为是一种有前途的粒子加速机制。然而，这种机制对于低能非相对论粒子并不能有效地发挥作用，并且无法解释观测到的相对论粒子的总量。因此，认为通过某种粒子注入机制进行初步加速是必要的。解开这一机制的关键是非相对论性粒子预热后的准相对论性粒子的成分和总量等信息。今年，为了了解超新星遗迹中加速的准相对论粒子的组成，我们对这些粒子与分子云碰撞时发出的铁发射线结构进行了建模。基于地面测试的数据，他们成功地再现了质子与镍碰撞产生的发射线结构，并表明这种结构可以通过使用未来量热计的精确光谱观测来检测。该成果以同行评审论文形式发表，并在国内学术会议上作口头报告。为了研究加速粒子对等离子体的反馈，我们使用 XMM-Newton 卫星分析了超新星遗迹 IC 443 的热 X 射线。我们从能量学的角度讨论了IC 443中发现的超电离等离子体是否可以通过加速粒子电离产生。结果他们发现，产生超电离等离子体需要的能量超过了超新星爆炸的能量，而在这种情况下很难产生超电离等离子体。另一方面，对每个位置的分析表明，在与分子云碰撞的区域，等离子体的温度较低，过电离程度较强，这表明IC 443中超电离等离子体的原因是热传导从分子云中可以得出结论，这是由冷却引起的。该研究成果在国内学术会议上进行了口头报告。

项目成果

Probing cosmic rays with Fe Ka line structures generated by multiple ionization process

利用多重电离过程产生的 Fe Ka 线结构探测宇宙射线

• DOI: 10.1093/pasj/psaa055
• 发表时间: 2020
• 期刊: Publications of the Astronomical Society of Japan
• 影响因子: 2.3
• 作者: H. Okon;M. Imai;T. Tanaka;H. Uchida;T. G. Tsuru
• 通讯作者: T. G. Tsuru

Radiation hardness of a p-channel notch CCD developed for the X-ray CCD camera onboard the XRISM satellite

为 XRISM 卫星上的 X 射线 CCD 相机开发的 p 通道陷波 CCD 的辐射硬度

• DOI: 10.1088/1748-0221/14/04/c04003
• 发表时间: 2019
• 期刊: Journal of Instrumentation
• 影响因子: 1.3
• 作者: Kanemaru Y.;Sato J.;Mori K. et al.
• 通讯作者: Mori K. et al.

多重電離効果を用いた FeKα 輝線精密分光観測による宇宙線中の準相対論的 重イオンの探索

使用 FeKα 发射线精密光谱观测（利用多重电离效应）搜索宇宙射线中的准相对论性重离子

• 发表时间: 2019
• 作者: 尾近洸行;今井誠;田中孝明;内田裕之;鶴剛
• 通讯作者: 鶴剛

多重電離効果を用いた FeKα 輝線精密分光観測による 準相対論的宇宙線の研究

通过使用多重电离效应对 FeKα 发射线进行精确光谱观测来研究准相对论宇宙射线

• 发表时间: 2021
• 作者: 尾近洸行;田中孝明;内田裕之;鶴剛;瀬田益道;國生拓摩;尾近洸行
• 通讯作者: 尾近洸行

Deep XMM-Newton Observations Reveal the Origin of Recombining Plasma in the Supernova Remnant W44

• DOI: 10.3847/1538-4357/ab6987
• 发表时间: 2019-12
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: H. Okon;Takaaki Tanaka;H. Uchida;H. Yamaguchi;T. Tsuru;M. Seta;Randall K. Smith;S. Yoshiike;S. Orlando;F. Bocchino;M. Miceli