高エネルギー天体からの宇宙線電子・陽電子放射

高能天体的宇宙射线电子和正电子发射

• 批准号: 22740131
• 负责人: 川中 宣太
• 金额: $ 1.08万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22740131/
• 关键词: 理論天文学; 宇宙線; 反粒子; ガンマ線; 粒子加速

近年、PAMELAやFermiなどの観測を機に、宇宙線の電子・陽電子成分の起源とそのスペクトルの特徴を理論的に調べる研究が急速に進展している。申請者らは、もし超新星残骸において宇宙線が加速されているとすれば、その近傍に分子雲のような密度の高い領域があった場合、宇宙線陽子とガスとの相互作用によって陽電子が生成されるはずということに着目した。この陽電子が分子雲中で充分に冷却された場合、電子と対消滅する際に511keVライン光子が出ることが期待される。我々はこのライン光子の強度をFermiでガンマ線が確認されているような超新星残骸と分子雲について評価し、将来の観測で充分見える可能性があることを指摘した(Ohira et al. 2011a submitted)。このラインが見つかれば超新星残骸において陽電子がどれほど生成されているかを確実に知ることができると考えられる。また、我々は超新星残骸において加速された電子がどのように星間空間に逃走するか、その電子が作る放射スペクトルがどのような形になるかについても、加速中の放射によるエネルギー損失の影響も考慮に入れて調べた(Ohira et al. 2011b submitted)。これにより、宇宙線電子・陽電子源の有力な候補として考えられている超新星残骸から実際にどの程度電子が逃走できているかを知ることが可能になったと言える。また、超新星残骸とは別にガンマ線バースト(GRB)も宇宙線電子・陽電子の源として有力な候補とされている。このGRBが示す激しい光度変動は、相対論的なジェット中で起こる内部衝撃波で電子が非熱的な加速を受けたためと考えられているが、内部衝撃波が起こるようなジェットの非一様性の起源についてはまだ分かっていない。我々はGRBの中心エンジンとして星程度の質量のブラックホールとそれを取り巻く星程度の質量の高温降着円盤を考え、特にこれまで考えられていなかった円盤中の対流による円盤構造の変化について詳しく調べた。その結果、比較的低い質量降着率において円盤に不安定なブランチが存在することを示すことが分かった(Kawanaka & Kohri 2012)。この不安定性により円盤から駆動されるジェットの内部に非一様性が生まれたと考えられ、GRBの激しい光度変動に繋がったという仮説が成り立つ。

近年来，使用Pamela和Fermi等观测值，研究迅速发展了对宇宙射线及其光谱特征的电子和正电子成分及其光谱特征的理论研究。申请人关注以下事实：如果在超新星残留物中加速宇宙射线，如果在附近存在像分子云这样的密集区域，则应通过宇宙射线质子与气体与气体之间的相互作用产生正电子。如果将此正电子在分子云中充分冷却，则可以预计当电子消失时会发出511KeV线光子。我们评估了该线光子在费米（Fermi）确认伽玛射线的超新星残留物和分子云的强度，并指出未来的观察结果可以完全可见（Ohira等人2011a提交）。如果发现这条线，则认为我们可以一定知道在超新星残留物中生成了多少正电子。我们还研究了加速电子如何逃脱到超新星残留物中的星际空间以及它们产生的辐射光谱的形状，考虑到由于加速辐射而产生的能量损失的影响（Ohira等人提交了2011年）。可以说这使得知道有多少电子能够从超新星残留物中逃脱，这些电子被认为是宇宙射线电子和正电子源的潜在候选者。除了超新星残留物外，伽玛射线爆发（GRB）也被认为是宇宙射线电子和正面来源的有前途的候选人。该GRB所显示的强烈亮度变化被认为是由于相对论喷射中发生的内部冲击波中电子的非热加速度造成的，但是喷气机的不均匀性的起源，而内部冲击波的发生尚不清楚。我们考虑了一个黑洞，具有巨大的恒星大小和一个高温积聚磁盘，恒星大小是GRB的中心发动机，并详细检查了磁盘结构的变化是由于磁盘中对流的变化而引起的，以前尚未考虑过。结果表明，盘式不稳定分支以相对较低的质量积聚率存在（Kawanaka＆Kohri 2012）。人们认为这种不稳定性导致射流驱动的射流内部不均匀性，从而导致GRB的严重发光性波动。

项目成果

Injectrion of e+- from Nearby Pulsars and their GeV/TeV Spectral Features

来自附近脉冲星的电子注入及其 GeV/TeV 光谱特征

• 发表时间: 2010
• 作者: 花田行弥;浅沼匡;岡野仁庸;杉山透;鈴木信義,佐原宏典;大橋隆哉;江副祐一郎;磯部直樹(登壇者);Norita Kawanaka
• 通讯作者: Norita Kawanaka

TeV宇宙線電子・陽電子スペクトルによる宇宙線加速シナリオの検証

使用 TeV 宇宙线电子和正电子谱验证宇宙线加速场景

• 发表时间: 2010
• 作者: K Hayama in J. Abadie;et al.;端山 和大 他;川中宣太
• 通讯作者: 川中宣太

TeV Electron Spectrum for Probing Cosmic-ray Escape from a Supernova Remnant

用于探测超新星遗迹中宇宙射线逃逸的 TeV 电子能谱

• 发表时间: 2011
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Norita Kawanaka;Kunihito Ioka;Yutaka Ohira;and Kazumi Kashiyama
• 通讯作者: and Kazumi Kashiyama