Ｘ線観測で明らかにする磁気駆動型の中性子星の統一的描像

X射线观测揭示的磁驱动中子星的统一图片

基本信息

批准号：
15J11241
负责人：
村上浩章
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
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 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、マグネターに代表されるような、磁気エネルギーを解放することで輝いていると考えられる天体について、その磁場構造の解明を目指して研究を行っている。昨年度は、マグネター4U 0142+61の硬X線が見せる位相変調に着目し、その振幅が2007年から2013年にかけて変化していることを突き止めた。このような位相変調は、強力な内部磁場によってレモン型に歪んだ星が自由歳差運動した結果、自転周期と歳差周期の「うなり」によって引き起こされたと解釈される。しかし、振幅の変化が何に依存しているかは必ずしも明らかでなく、その理解のためには物理的な放射モデルを構築する必要があった。そこで本年度は、自由歳差運動するマグネターからの放射の時間変化を数理的に計算し、また代表的な場合については解析解を求めることで、パルスの位相変調パターンのモデリングを行った。その結果、位相変調のプロファイルが、星の変形度や放射の傾き、自転軸と歳差軸のなす角などに依存して変化することが明らかとなった。このモデルを用いると、4U 0142+61で見られた振幅の変化は、硬X線の放射方向が極から赤道に向かって移動したことに対応すると考えられる。また、自転軸と歳差軸のなす角について、比較的大きな値（> 45度）である可能性が高いという示唆が得られた。これらは、放射方向や自転軸の傾きを定量的に推定する世界初のアプローチであり、マグネターの硬X線放射機構や磁場構造の解明につながると期待される。研究のさらなる発展を見込み、開発に携わってきた「ひとみ」衛星は、2016年2月に打ち上げられたが、同3月にトラブルにより通信不能に陥った後、同4月に運用停止が決定された。このため本年度は、検出器が稼働していた約1ヶ月間に取得されたデータを活用し、搭載検出器の性能評価を進め、サイエンス成果の創出に貢献した。

在这项研究中，我们的目标是阐明磁星等天体的磁场结构，人们认为磁星是通过释放磁能来发光的。去年，我们重点关注了磁星4U 0142+61的硬X射线所表现出的相位调制，发现其振幅从2007年到2013年发生了变化。这些相位调制被解释为是由自转和进动周期的“跳动”引起的，这是由强内部磁场扭曲成柠檬形状的恒星的自由进动造成的。然而，并不总是清楚振幅的变化取决于什么，为了理解它，有必要构建一个物理辐射模型。因此，今年，我们通过数学计算自由进动磁星辐射的时间变化，并找到典型情况的解析解，对脉冲相位调制模式进行了建模。结果表明，相位调制轮廓的变化取决于恒星的变形程度、辐射的倾斜度以及旋转轴和进动轴之间的角度。使用该模型，在 4U 0142+61 中观察到的振幅变化将对应于硬 X 射线发射方向从两极向赤道的偏移。结果还表明，旋转轴和进动轴之间的角度可能相对较大（>45 度）。这是世界上第一个定量估计辐射方向和旋转轴倾角的方法，有望阐明磁星的硬X射线发射机制和磁场结构。我们为了研究的进一步发展而参与开发的“瞳”卫星于2016年2月发射，但在2016年3月出现故障导致通信无法使用后，决定于2016年4月停止运行塔。因此，今年我们利用探测器运行约一个月的数据来评估机载探测器的性能，为科学成果的创造做出贡献。