高エネルギー天体からの宇宙線電子・陽電子放射

高能天体的宇宙射线电子和正电子发射

• 批准号: 22740131
• 负责人: 川中 宣太
• 金额: $ 1.08万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22740131/
• 关键词: 理論天文学; 宇宙線; 反粒子; ガンマ線; 粒子加速

近年、PAMELAやFermiなどの観測を機に、宇宙線の電子・陽電子成分の起源とそのスペクトルの特徴を理論的に調べる研究が急速に進展している。申請者らは、もし超新星残骸において宇宙線が加速されているとすれば、その近傍に分子雲のような密度の高い領域があった場合、宇宙線陽子とガスとの相互作用によって陽電子が生成されるはずということに着目した。この陽電子が分子雲中で充分に冷却された場合、電子と対消滅する際に511keVライン光子が出ることが期待される。我々はこのライン光子の強度をFermiでガンマ線が確認されているような超新星残骸と分子雲について評価し、将来の観測で充分見える可能性があることを指摘した(Ohira et al. 2011a submitted)。このラインが見つかれば超新星残骸において陽電子がどれほど生成されているかを確実に知ることができると考えられる。また、我々は超新星残骸において加速された電子がどのように星間空間に逃走するか、その電子が作る放射スペクトルがどのような形になるかについても、加速中の放射によるエネルギー損失の影響も考慮に入れて調べた(Ohira et al. 2011b submitted)。これにより、宇宙線電子・陽電子源の有力な候補として考えられている超新星残骸から実際にどの程度電子が逃走できているかを知ることが可能になったと言える。また、超新星残骸とは別にガンマ線バースト(GRB)も宇宙線電子・陽電子の源として有力な候補とされている。このGRBが示す激しい光度変動は、相対論的なジェット中で起こる内部衝撃波で電子が非熱的な加速を受けたためと考えられているが、内部衝撃波が起こるようなジェットの非一様性の起源についてはまだ分かっていない。我々はGRBの中心エンジンとして星程度の質量のブラックホールとそれを取り巻く星程度の質量の高温降着円盤を考え、特にこれまで考えられていなかった円盤中の対流による円盤構造の変化について詳しく調べた。その結果、比較的低い質量降着率において円盤に不安定なブランチが存在することを示すことが分かった(Kawanaka & Kohri 2012)。この不安定性により円盤から駆動されるジェットの内部に非一様性が生まれたと考えられ、GRBの激しい光度変動に繋がったという仮説が成り立つ。

近年来，PAMELA和费米等观测使宇宙线电子和正电子成分的起源及其光谱特性的理论研究取得了快速进展。申请人认为，如果宇宙射线在超新星遗迹中加速，并且附近有诸如分子云之类的致密区域，则宇宙射线质子与气体的相互作用将产生正电子。我关注的是应该这样做的事实。 。如果该正电子在分子云中充分冷却，预计当它与电子湮灭时将发射 511 keV 线光子。我们评估了超新星遗迹和分子云的线光子强度，费米证实了其中的伽马射线，并指出它在未来的观测中可能足够可见（Ohira 等人，2011a 提交）。如果找到这条线，就可以确定超新星遗迹中产生了多少正电子。我们还研究了超新星遗迹中加速的电子如何逃逸到星际空间、这些电子产生的辐射光谱的形状以及加速过程中辐射造成的能量损失的影响（Ohira 等人，2011b 提交）。这使得确定有多少电子实际上从超新星遗迹中逃逸成为可能，超新星遗迹被认为是宇宙射线电子和正电子源的有力候选者。除了超新星遗迹之外，伽马射线暴（GRB）也被认为是宇宙射线电子和正电子源的有力候选者。这种伽玛射线暴所表现出的强烈光度波动被认为是由于相对论性喷流中发生的内部冲击波导致的电子非热加速造成的；其起源仍不清楚。我们将一个恒星质量的黑洞和围绕它的一个恒星质量的高温吸积盘视为GRB的中心引擎，并特别详细研究了由于吸积盘中的对流而导致的吸积盘结构的变化。磁盘，到目前为止还没有考虑过。研究结果表明，在质量吸积率相对较低的情况下，盘中存在不稳定分支（Kawanaka & Kohri 2012）。这种不稳定性被认为造成了从圆盘驱动的射流内的不均匀性，从而导致了这样的假设：它导致了伽马射线暴的强烈光度波动。

项目成果

Injectrion of e+- from Nearby Pulsars and their GeV/TeV Spectral Features

来自附近脉冲星的电子注入及其 GeV/TeV 光谱特征

• 发表时间: 2010
• 作者: 花田行弥;浅沼匡;岡野仁庸;杉山透;鈴木信義,佐原宏典;大橋隆哉;江副祐一郎;磯部直樹(登壇者);Norita Kawanaka
• 通讯作者: Norita Kawanaka

TeV宇宙線電子・陽電子スペクトルによる宇宙線加速シナリオの検証

使用 TeV 宇宙线电子和正电子谱验证宇宙线加速场景

• 发表时间: 2010
• 作者: K Hayama in J. Abadie;et al.;端山 和大 他;川中宣太
• 通讯作者: 川中宣太

TeV Electron Spectrum for Probing Cosmic-ray Escape from a Supernova Remnant

用于探测超新星遗迹中宇宙射线逃逸的 TeV 电子能谱

• 发表时间: 2011
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Norita Kawanaka;Kunihito Ioka;Yutaka Ohira;and Kazumi Kashiyama
• 通讯作者: and Kazumi Kashiyama