電波シンクロトロン偏光を用いた超新星残骸の磁気乱流の起源と宇宙線加速過程の解明

利用射电同步加速器极化阐明超新星遗迹中磁湍流的起源和宇宙射线加速过程

基本信息

批准号：
15J08894
负责人：
霜田治朗
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Aoyama Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J08894/
关键词：
宇宙物理学宇宙線超新星残骸衝撃波星間媒質磁気乱流

项目摘要

超新星残骸(以下、SNRと略す)での宇宙線加速過程と被加速粒子の最高エネルギーは現代宇宙物理学最大の謎のひとつである。SNRでの宇宙線加速はSNR衝撃波の運動エネルギーの一部を宇宙線加速に消費することを想定している。標準的な宇宙線加速理論では、これらは磁気乱流の乱流磁場構造に強く依存する。しかし、SNRでの磁場の直接測定が難しいため乱流磁場の特性が最も不定性の大きいパラメーターとなっている。また、これまでの先行研究では高効率な宇宙線加速によりSNRの衝撃波構造や磁場構造が変調するモデルが広く受け入れられている。実際、天球面上のSNRの膨張速度を測定し見積もられる衝撃波速度が予言する下流の温度と実際の下流の温度との差異から評価される宇宙線加速効率は衝撃波構造を変調させるほど強い。しかしながら、この見積もりは天球面上の膨張速度から衝撃波速度を見積もるため、SNRまでの距離を正確に決める必要がある。これは天文観測において最も難しい課題の1つである。また、この標準モデルは最新のX線とガンマ線の観測を同時に説明できないことが明らかとなっており、修正を必要としている。本研究ではSNRの乱流磁場の特性を電波シンクロトロン偏光観測から測定する手法の開発し、宇宙線の加速過程と達成されるべき最高エネルギーを解明することを目指している。その過程で、米国・ウィスコンシン大学のAlex Lazarian氏との共同研究によりSNRでの乱流磁場のエネルギースペクトル指数をシンクロトロン偏光放射強度の二点相関解析から測定する手法を世界で初めて開発し、実際のSNRのデータに世界で初めて適用した。また、水素原子輝線の偏光観測により宇宙線加速効率をSNRまでの距離の不定性なく推定されることを世界で初めて示した。

超新星遗迹（SNR）中的宇宙射线加速过程和加速粒子的最高能量是现代天体物理学中最大的谜团之一。 SNR中的宇宙射线加速假设SNR冲击波的部分动能被宇宙射线加速所消耗。在标准宇宙射线加速理论中，这些很大程度上取决于磁湍流的湍流磁场结构。然而，由于很难用信噪比直接测量磁场，因此湍流磁场的特性是最不确定的参数。此外，在以往的研究中，通过高效宇宙射线加速来调制信噪比冲击波结构和磁场结构的模型已被广泛接受。事实上，宇宙射线加速效率是通过测量天球上信噪比的膨胀率估算出的冲击波速度所预测的下游温度与实际下游温度之间的差异来评估的，其强度足以调制冲击波结构。然而，由于该估计是根据天球上的膨胀速度来估计冲击波速度，因此有必要准确确定到SNR的距离。这是天文观测中最困难的挑战之一。此外，很明显，该标准模型无法同时解释最新的 X 射线和伽马射线观测结果，需要进行修订。在本研究中，我们的目标是开发一种通过射电同步加速器偏振观测测量SNR湍流磁场特征的方法，并阐明宇宙线加速过程和应达到的最大能量。在此过程中，我们通过与美国威斯康星大学Alex Lazarian的联合研究，开发了世界上第一个从同步加速器偏振辐射强度的两点相关分析来测量信噪比中湍流磁场能谱指数的方法，我们已经能够将其付诸实践，这是世界上首次将其应用于 SNR 数据。我们还在世界上首次证明，通过氢原子发射线的偏振观测，可以在不不确定到 SNR 的距离的情况下估计宇宙射线加速效率。