Unveiling the physics of ultrastrong magnetic field with broadband X-ray polarimetry of neutron stars

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中性子星の表面付近は、1兆ガウスを超える磁場が巨視的なスケールで存在するという宇宙でも圧倒的に特異な環境である。本研究は、中性子星の種族の中では天体物理的な環境が比較的よくわかっている「降着型パルサー」に着目し、超強磁場の下で物質と放射が如何に振る舞うか、その物理過程の精密な理解を目指す。そのために実験・理論の両面で新技術を導入し、(1) シリコン半導体ピクセル検出器を利用した新しい硬X線偏光計の実用化、(2) 輻射流体シミュレーションとモンテカルロ輻射輸送計算の連携による降着流プラズマの3次元X線放射モデルの構築、(3) 広帯域X線スペクトル・ X線偏光解析によるモデルの検証とフィードバックを行うことを目的とする。計画初年度である2022年度はこれまで継続してきた「微小ピクセルCMOSイメージセンサ偏光計」の開発と性能評価をさらに進めた。これまで原理実証段階であったCMOSイメージセンサの偏光測定能力が確立したことで、さらに実用化を目指して、検出効率や有効イベントの割合といったより詳細な検出器応答の評価を行なった。そのために、シンクロトロン放射光施設SPring-8の直線偏光硬X線ビームを用いて、偏光感度のエネルギー依存性を測定した。天体物理の研究としては、まず明るい中性子星連星に着目し、系統的なデータ解析方法の開発を行なっている。第１段階として中性子星「Cen X-3」の「NuSTAR」衛星 のアーカイブデータを用いて、スペクトルの時間変動解析手法を構築した。この広帯域X線スペクトルの時間変動の解析結果は論文として出版済みである。さらに、この天体について連星公転軌道２周にもわたる長期の硬X線データを取得した。このデータ解析とモンテカルロシミュレーションによるモデル化を現在進めているところである。