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。

宇宙射线加速过程和超新星残留物中加速颗粒的最高能量（以下简称为SNR）是现代天体物理学中最大的奥秘之一。假定SNR中的宇宙射线加速度将SNR冲击波动能的一部分消耗到宇宙射线加速度。标准宇宙射线加速度理论在很大程度上依赖磁性湍流的湍流磁场结构。但是，很难直接测量SNR的磁场，因此湍流磁场是最不确定的参数。此外，先前的研究已被广泛接受的模型，其中SNR的冲击波结构和磁场结构是由高效的宇宙射线加速度调节的。实际上，宇宙射线加速度效率是根据估计的冲击波速度和实际下游温度预测的下游温度之间的差来评估的，这是如此强，以至于调节了冲击波结构。但是，该估计估计了从天体表面的膨胀速度的冲击波速度，因此必须准确确定到SNR的距离。这是天文观察中最困难的挑战之一。同样很明显，该标准模型不能同时解释最新的X射线和伽马射线观测值，并且需要校正。这项研究旨在开发一种方法，以测量无线电波同步偏振的SNR湍流磁场的特征，并阐明宇宙射线的加速过程和最高的能量。在此过程中，我们与美国威斯康星大学的Alex Lazarian合作开发了世界上第一种测量SNR湍流磁场的能量光谱指数的方法，该方法是对同步极化辐射强度的两点矛盾分析，以及世界上第一个应用于实际SNR数据的应用。此外，世界上的第一个表明，宇宙射线加速度的效率可以通过极化观察到氢原子发射线的极化观察到与SNR的不规则距离。