次世代ガンマ線望遠鏡CTAを用いた系内宇宙線加速起源の解明

使用下一代伽马射线望远镜 CTA 阐明系统内宇宙射线加速的起源

• 批准号: 20J21480
• 负责人: 岡 知彦
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21480/
• 关键词: 宇宙線; 超新星残骸; ガンマ線; 望遠鏡開発

本研究において、天の川銀河系内の超新星残骸が1ペタ電子ボルトまでの宇宙線の生成源であるかを高エネルギーガンマ線観測から探索するため、現行のMAGICガンマ線望遠鏡を用いた天体観測、および、次世代TeVガンマ線天文台CTAの開発を進めた。当該年度は、超新星残骸の最大加速エネルギーの時間発展という点についてより理解を深めるべく、昨年度までに開発し個別天体への適応に成功した粒子スペクトルモデルを、他天体への適応することを試みた。新たに適応した2天体（超新星残骸G106.3+2.7、および、G335.2+0.1）において、そのモデルが適応可能であることを新たに発見し、それらの天体の周辺の高密ガス領域におけるガンマ線放射の起源が、過去に超新星残骸で加速され逃走した宇宙線陽子によるものだと結論づけた。さらに、このモデリング結果は、調査した3つの超新星残骸全てで過去に1ペタ電子ボルトまで宇宙線を加速していたことを示しており、その生成量は地球での当エネルギー帯域の宇宙線測定量と一致することも発見した。これらは、PeVまでの宇宙線起源は超新星残骸であるというパラダイムを強く裏付ける結果となっており、発見から100年間以上たった今なお未解明であった宇宙線起源の解明に重要な進展を与えるものになった。上記の研究と並行して開発を進めた次世代ガンマ線望遠鏡CTAの観測により、さらにそのモデルパラメータに対する強い制限を得られるという示唆も得ている。上記の結果は博士論文として、またその一部はすでに学術論文としてまとめ、公開している。

在这项研究中，我们使用当前的魔术伽玛射线望远镜和下一代TEV伽马射线观测CTA进行了天文观测的发展，以便寻找以银河系中的超新星残留物伽玛射线伽玛射线是宇宙射击的来源。在今年，为了加深我们对超新星残留物最大加速能量的时间演变的理解，我们试图适应去年开发的粒子光谱模型，并成功地适应了个体天体，以适应其他天体。 The new discovery of the model in two newly adapted bodies (supernova remnants G106.3+2.7 and G335.2+0.1) is that the model is adaptable, and concludes that the origin of gamma radiation in the dense gas region around these bodies is due to cosmic ray protons that have been accelerated and escaped in the supernova remnants in the past.此外，建模结果表明，所研究的所有三个超新星残留物在过去将宇宙射线加速到一个PETA电子伏特，他们还发现它们的产量与地球能量带中的宇宙射线测量值一致。这些结果强烈支持了宇宙射线起源到PEV的范式，这是一个超新星残留物，并在阐明宇宙射线起源方面提供了重要的进展，宇宙射线起源在发现后的100多年以上。与上述研究并行开发的下一代伽马射线望远镜CTA的观察结果也提出了有关模型参数的强烈限制。上述结果已作为博士论文编辑和发表，其中一些结果已经作为学术论文编辑和发表。

项目成果

PeV宇宙線起源探査に向けた超新星残骸G106.3+2.7とHB9の観測

观测超新星遗迹G106.3+2.7和HB9探索PeV宇宙线起源

• 发表时间: 2023
• 作者: Shanshan Ouyang;Ronda Robinson;Stuart Kamenetsky;岡 知彦
• 通讯作者: 岡 知彦

Resolving the origin of very-high-energy gamma-ray emission from the PeVatron candidate SNR G106.3+2.7 using MAGIC telescopes

使用 MAGIC 望远镜解析 PeVatron 候选 SNR G106.3 2.7 的极高能伽马射线发射的来源

• 发表时间: 2021
• 作者: Maegochi S.;Ienaga K.;Okuma S.;小林愛恵;河本真夕;Tomohiko Oka
• 通讯作者: Tomohiko Oka

MAGIC observations provide compelling evidence of hadronic multi-TeV emission from the putative PeVatron SNR G106.3+2.7

MAGIC 观测提供了来自假定的 PeVatron SNR G106.3 2.7 强子多 TeV 发射的令人信服的证据

• DOI: 10.1051/0004-6361/202244931
• 发表时间: 2023
• 期刊: Astronomy & Astrophysics
• 影响因子: 6.5
• 作者: MAGIC Collaboration;Abe H.;Abe S.;Acciari V. A.;Agudo I.;Aniello T.;Ansoldi S.;Antonelli L. A.;Arbet Engels A.;Arcaro C.;Artero M.;Asano K.;et al.
• 通讯作者: et al.

超新星残骸HB9 における衝撃波粒子加速の時間発展の測定

测量超新星遗迹 HB9 中冲击波粒子加速度的时间演化

• 发表时间: 2021
• 作者: Takeda;Masahiro; Kushibiki;Kousuke; Hosobata;Takuya; Yamagata;Yutaka; Morita;Shinya; Saiki;Takao; Nakagawa;Keiichi; Ohtake;Yutaka; Motohara;Kentaro; Ozaki;Shinobu; Tsuzuki;Toshihiro; Takahashi;Hidenori; Konishi;Masahiro;岡 知彦
• 通讯作者: 岡 知彦

The time-evolution measurement of a diffusive shock acceleration using supernova remnants and local molecular clouds

使用超新星遗迹和局部分子云测量扩散激波加速度的时间演化

• 发表时间: 2020
• 作者: 櫛引洸佑（東京大学）;尾崎忍夫（国立天文台）;竹田真宏;細畠拓也;山形豊（理研）;森田晋也（東京電機大学）;中川桂一;佐伯峻生;大竹豊（東京大学）;都築俊宏;三ツ井健司;沖田博文（国立天文台）;本原顕太郎（国立天文台;東京大学）;高橋英則;小西真広;小山舜平;小山舜平;陳諾;穂満星冴（東京大学）;Tomohiko Oka
• 通讯作者: Tomohiko Oka