超新星残骸における被加速粒子の最高エネルギーと銀河系内宇宙線の起源の解明

阐明超新星遗迹中加速粒子的最高能量和河内宇宙线的起源

基本信息

批准号：
17J06025
负责人：
辻直美
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Rikkyo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

超新星残骸(SNR)パラダイム(SNRが銀河系内宇宙線の起源であるという構想)を検証するために、観測や理論的アプローチを用いて様々な研究が行われてきた。 SNR表面の衝撃波における粒子加速は、拡散係数によって特徴付けられる。Bohm拡散では、粒子の平均自由行程はジャイロ半径のη倍で表される(η:Bohm因子と呼ばれている)。ηは粒子の加速効率を表す指標であり、ηが小さい時、粒子の平均自由行程は短く、拡散が速く起こるため加速効率が高くなる。粒子の加速がシンクロトロン冷却で制限されるとき、放射スペクトルのカットオフエネルギーは衝撃波速度の二乗に比例し、ηに反比例する。そのため、観測からカットオフエネルギーと衝撃波速度を求めることで、ηの値を推定することがきる。最終年度である令和元年度は、11個の比較的若い超新星残骸の観測に対して系統的な解析を行い、粒子の加速効率パラメータηに制限をつけた。Chandra衛星による軟X線のデータに加えて、NuSTAR衛星による硬X線のアーカイブデータを用いて、広域のX線スペクトルからカットオフエネルギーを得た。既知の衝撃波速度の値と併せて、加速効率ηを推定した。そこで、SNRの年齢が経つにつれ、ηが小さくなるという傾向が観測的に初めて明らかとなった。この傾向は、乱流の生成と結びついていると解釈することができる。数百年より若いSNRでは、ηの値が最小値である1より有意に大きい。つまり、粒子の平均自由行程が長く、粒子の拡散のもととなる背景磁場が十分に励起されていないと考えられる。SNRが進化していく過程で乱流磁場が生成され、粒子の平均自由行程が短くなり、ηの値が小さくなる。以上の内容を国内外の学会で報告した。

已经使用观察和理论方法进行了各种研究，以验证超新星残留物（SNR）范式（SNR是Agalactic Cosmic Rays的起源）。 SNR表面的冲击波中的粒子加速度的特征是扩散系数。在BOHM扩散中，粒子的平均自由路径表示为ηi倍陀螺半径（称为η：Bohm因子）。 η是代表粒子加速度效率的指数，当η很小时，粒子的平均自由路径很短，扩散很快就会导致高速度效率。当粒子加速度受到同步加速器冷却的限制时，辐射光谱的截止能与冲击波速度的平方成正比，并且与η成反比。因此，可以通过确定观察值的截止能量和冲击波速度来估计η的值。在2019年的最后一年，我们对11个相对年轻的超新星残留物进行了系统分析，从而限制了粒子加速度效率参数η。除了来自Chandra卫星的软X射线数据外，使用Nustar卫星的硬X射线档案数据从宽X射线光谱中获得了截止能量。估计加速度效率η以及已知的冲击波速度值。因此，观察到，随着SNR年龄的增加，η降低的趋势首次增加。这种趋势可以解释为与湍流的产生有关。对于年轻的SNR，η的值明显大于1的最小值。换句话说，粒子的平均自由路径很长，而作为颗粒扩散源的背景磁场则不足以激发。随着SNR的发展，产生湍流磁场，缩短颗粒的平均自由路径，η值降低。以上是在日本和国外的学术会议上报告的。