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すざく衛星による超新星残骸 SN1006 の観測. ○ 山口 弘悦、小山 勝二、中嶋 大(京大)、 馬場 彩、平賀 純子(理研)、 他 すざく SWG チーム. SN1006. shell 領域からシンクロトロン X 線を発見 Koyama et al. (1995) → ~ 100TeV 電子の存在を示唆 SNR では粒子加速が起こっている. 10’. ASCA image of SN1006. 北東部の Mapping (馬場さん、春の天文学会). 酸素輝線の narrow band image. 3-5keV (非熱的X線) image. - PowerPoint PPT Presentation
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すざく衛星による超新星残骸
SN1006 の観測○ 山口 弘悦、小山 勝二、中嶋 大(京
大)、馬場 彩、平賀 純子(理研)、
他 すざく SWG チーム
ASCA image of SN1006
10’
SN1006shell 領域からシンクロトロン X 線を発見
Koyama et al. (1995)
→ ~ 100TeV 電子の存在を示唆SNR では粒子加速が起こっている
酸素輝線のnarrow band image
3-5keV (非熱的X線) image
北東部の Mapping (馬場さん、春の天文学会)
SN1006 北東部すざく3-5keV
すざくO band
空間分解能のよいChandra の image
2枚の filament 状の構造が見える。
緑枠 はすざく XIS の視野
北東部だけでも分布が異なる!非熱的X線 熱的X線
SN1006 北東領域のうち、北部 (Nrim) で非熱的成分、東部 (Erim) で熱的成分が卓越??
SN1006 北東部Chandra image
赤 : East (Erim)青 : North (Nrim)
酸素輝線(Erim) で強い
hard 成分はNrim で強い
Chandra の filament に対応する領域をすざくの image 上から選び、スペクトルを抽出
imaging 解析と consistent な傾向East : 強い酸素輝線(熱的プラズマ)の存在North : 強い hard 成分(非熱的電子)の存在
プラズマ密度や宇宙線加速効率は場所によって大きく異なる?
調べたいこと・ 宇宙線加速現場のプラズマの物理状態 (密度や温度)が加速効率に与える影響
XIS のスペクトル
・ そもそも加速粒子の最高エネルギー ・ 総エネルギーはどれくらい? ( = 非熱的スペクトルの純粋な寄与は?)
熱的成分と非熱的成分の切り分けが必要不可欠!!
Erim
Nrim
と言うわけで、、、まずはプラズマ成分の様子を調べる
→ 非熱的X線放射がなく、熱的放射で 明るい南東部からスペクトルを抽出
しばらくは熱的成分の話を続けます。
ONe
Mg Si
SAr
Ca Fe
S 以上は初めて検出!Ia 型 SNR でありながら、これまで Fe などの重元素の存在はX線では未確認だった
黒 : XIS-BI赤 : XIS-FI (3台の平均)
SN1006 南東部
O band image
中性 Kα(eV) Line center (eV) He 状 Kα(eV)
Mg-Kα 1254 1345±1±5 ~ 1340
Si-Kα 1730 1826±2±5 ~ 1850
S-Kα 2307 2365±4±5 ~ 2450
Ar-Kα 2957 3026±12±5 ~ 3120
Ca-Kα 3690 3738±28±5 ~ 3890
Fe-Kα 6400 6430±19±5 ~ 6680
重元素輝線の中心エネルギー
黒 : BI赤 : FI
重い元素ほど低い電離状態!Fe 輝線のまわりを電離非平衡 (NEI) プラズマモデルで fitting
kTe = 5.84 (2.77-39) [keV] net = 5.6 (2.4-8.8) x 109 [cm-3 s]
・ 高温成分の存在・ 極めて低電離( Ne 状程度) RCW86 (植野さん K18a )に類似
wabs*vpshock
低エネルギー側のスペクトル(1)
O
Ne
575eV672eV
820eV
730eV
920eV
systematic error ~ 5eV
どのような輝線が存在するか調べる ( brems+Gaus で fit )
730eV = Ne 状 Fe-L (3s→2p) 820eV = Ne 状 Fe-L (3d→2p) ともに低電離の Fe 輝線
「 XMM-Newton のスペクトルにFe-L 輝線の兆候が見られない。Ne 状まで電離が進んでいない?」 (Vink et al. 2003)
エネルギー分解能 ・検出効率に優れる
すざくのスペクトルによって低電離 Fe-L 輝線を発見!
しかしながら、既存の NEI モデルでは上図のような ~ 730eV ( 3s-2p )輝線と~ 820eV ( 3d-2p )輝線の強度比 (~4:1) を説明できない。
( 低電離での )Fe-L 輝線のモデル化が不正確?
575eV672eV
820eV
730eV
920eV
systematic error ~ 5eV
低エネルギー側のスペクトル(2)
酸素輝線のエネルギー He 状 Kα ~ 570eV He 状 Kβ ~ 670eV H 状 Ly α ~ 650eV
He-Kβdominant!!
電離度大
高温
best fit
730eV line を入れて酸素輝線の周辺だけで fitting
極めて低電離な状態ならこのスペクトルを説明可能
kTe = 1.5 [keV]nte = 4x109 [cm-3s] が best fit
SN1006 南東部スペクトル All band
既存のモデルでは説明できないので、複数の brems+Gaussians で現象論的にこのスペクトルを表現するモデルを決める。
連続成分 kT1 = 0.1keV kT2 = 0.5keV kT3 = 7.2keV
黒 : XIS-BI赤 : XIS-FI (3台の平均)
北東部のスペクトル解析
黒 : BI赤 : FI
Chandra image
Erim
Nrim
黒 : BI赤 : FI
Erim のスペクトル熱的成分 ‥ 南東部で決めた形に fix 、
強度のみが free parameter非熱的成分 ‥ power-law
Γ= 2.54χ2/dof = 1.45
Γ1 = 2.38, Γ2 = 2.85break E = 2keV (fixed)χ2/dof = 1.12
thermal + power-law thermal + broken power-law
broken power-law
単一の冪では表せない!
北東部のスペクトル解析
Chandra image
Erim
NrimErim
Nrim
Erim Nrim
Γ1 (soft 側 ) 2.38 (2.35-2.42) 2.35 (2.33-2.40)
Γ2 (hard 側 ) 2.85 (2.82-2.89) 2.71 (2.69-2.73)
break E [keV] 2.0 (fixed) 2.0 (fixed)
SB2-10keV [ergs/cm2/s/arcmin2] 2.68x10-13 3.54x10-13
EM = n2V [cm-3] 2.2x1057 1.3x1057
2つの filament の間に明白な性質の違いを発見!
・ 非熱的成分は Nrim で有意に hard かつ強い・ 熱的プラズマ成分は Erim で約2倍明るい
南西部のスペクトル解析
SWrim
Chandra image
Γ1 = 2.39 (2.37-2.41)Γ2 = 2.93 (2.90-2.96)break (keV) = 2.0 (fixed)n2V = 5.1x1057 [cm-3]
・ Erim よりもさらに soft で、熱的成分は強い
プラズマ密度の加速効率の相関
Nrim
Erim
SWrim
加速効率良い 悪い
密度
大power-law 成分の冪は加速粒子の最高エネルギーを反映
宇宙線加速効率とプラズマ密度の間の相関を観測的に証明!
密度の薄いところで効率良く粒子加速が行われている!!
まとめ• SN1006 南東部のスペクトルから S, Ar, Ca, Fe な
どの重元素輝線を発見。重い元素ほど電離度が低い。• 低電離の Fe-L 輝線を発見。 3s-2p が非常に強く、
既存の理論モデルでは説明できない。• 酸素輝線は H-Lyα よりも He-Kβ が支配的。高温・
低電離状態であれば説明可能。• 北東・南西部のスペクトルから非熱的成分の寄与
を厳密に見積った。この成分は単一の冪では表せない。
• 北東部の2つの filament 状構造の間に、明白な性質の違いがあることを発見。
• 宇宙線加速効率とプラズマ密度の間の相関を実証。
低エネルギー側のスペクトル(1)
O
高電離 Fe のL-line
Ne
575eV672eV
820eV
730eV
920eV
systematic error ~ 5eV
どのような輝線が存在するか調べる ( brems+Gaus で fit )
中性 Fe の Lα 輝線 = 705eV
低電離 Fe-Kα 輝線は real → ~ 730eV の Fe-L 輝線が 存在しても不思議ではない
「 XMM-Newton のスペクトルにFe-L 輝線の兆候が見られない。低電離だからか?」 (Vink et al. 2003)
エネルギー分解能 ・検出効率に優れる
すざくのスペクトルによって初めて実証!
既存の NEI モデルでは、上図のような~ 730eV (低電離)輝線と~ 820eV (高電離)輝線の強度比を説明できない。
理論モデルの適用範囲外か?